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
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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.
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 und9 schematische Darstellungen von Bewegungen eines Laserstrahls entlang eines vorgegebenen Pfades gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
-
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 and9 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.
Die Figuren zeigen ein Laserbearbeitungssystem
Das Laserbearbeitungssystem
Der Laserbearbeitungskopf
Die Ausrichteinheit
Die Verstelleinheit
Die Verstelleinheit umfasst eine am oder im Laserbearbeitungskopf
In
Gemäß den gezeigten Ausführungsformen ist die Bewegungseinheit
Die Bewegungseinheit
Der zumindest eine Aktuator ist eingerichtet, eine rotatorische Bewegung, insbesondere über eine Welle oder Achse, bereitzustellen. Gemäß der in
Die Bewegungseinheit
Die optische Erfassungseinheit
Die Ausrichteinheit
Die Ausrichteinheit
Weiterhin umfasst die Ausrichteinheit
Die Steuervorrichtung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommuniziert die Steuervorrichtung
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vereint die Steuervorrichtung
Bei beiden Ausführungsformen übernimmt die Steuervorrichtung
Nach dem Start (S0) wird ein zum Laserstrahl koaxialer Justierlaserstrahl
Falls der Justierlaserstrahl durch die Austrittsöffnung
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).
Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren, automatisch, beispielsweise durch die Steuervorrichtung
Zu Beginn des Verfahrens wird die Abdeckung
Die Steuervorrichtung
Nach erfolgreicher Überprüfung des Düsenzustands wird zunächst eine Soll-Fokuslage eingestellt und anschließend der Justierlaserstrahl aktiviert. Dies kann dem Schritt S1 in
Wird hingegen der Justierlaserstrahl
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
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
Sobald die Innenkontur
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
Zu den geometrischen Parametern zählen der Formfaktor der Innenkontur
Bei der Elliptizität wird das Verhältnis aus einer Nebenachse zu einer Hauptachse der Austrittsöffnung
Bei dem Parameter „Innendurchmesser der Düse 31“ wird der Soll-Wert, welcher in der Steuervorrichtung
Ein optischer Parameter ist beispielsweise das Reflexionsverhalten des Düsenmundes
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
Der Referenzzyklus kann unterschiedliche Bewegungsmuster des durch die Verstelleinheit
Der Referenzzyklus kann eine definierte Mäanderbewegung des durch die Verstelleinheit
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]
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---|---|
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022104184A1 (en) | 2022-02-22 | 2023-08-24 | Kurtz Gmbh & Co. Kg | Device, system and method for calibrating a laser device |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114624899B (en) * | 2022-03-10 | 2023-09-29 | 歌尔光学科技有限公司 | Optical system calibration method, optical system calibration device, and storage medium |
DE102022107324B4 (en) | 2022-03-29 | 2024-03-28 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Laser processing head with deflection devices |
CN115815791B (en) * | 2023-02-17 | 2023-04-21 | 北京金橙子科技股份有限公司 | Calibration method for realizing automatic centering of laser beam focus |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004005902B3 (en) | 2004-02-05 | 2005-09-08 | Messer Cutting & Welding Gmbh | Device for adjusting a laser beam in a laser processing machine |
EP1728581A1 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-06 | Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG | Laser working machine with a Laser working nozzle adjustment means for aligning the laser beam with the hole of the laser working nozzle |
EP1967316A1 (en) | 2007-03-05 | 2008-09-10 | Air Liquide Welding France | Installation and process for controlling the centering of a laser beam passing through a laser nozzle |
WO2019009833A2 (en) | 2016-11-22 | 2019-01-10 | Dener Makina Sanayi Ve Ticaret Limited Sirketi | Light centring system for laser lights used in laser cutting machines |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005334926A (en) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Yamazaki Mazak Corp | Nozzle presetter of laser beam machining tool in laser beam machine |
JP2005334922A (en) * | 2004-05-26 | 2005-12-08 | Yamazaki Mazak Corp | Nozzle checking device in laser beam machine |
US10712151B2 (en) | 2017-05-15 | 2020-07-14 | Precitec Gmbh & Co. Kg | Sensor device for determining alignment/misalignment of a laser beam relative to a gas nozzle of a laser machining head |
-
2020
- 2020-01-08 DE DE102020100217.3A patent/DE102020100217B4/en active Active
- 2020-12-23 WO PCT/EP2020/087810 patent/WO2021140037A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004005902B3 (en) | 2004-02-05 | 2005-09-08 | Messer Cutting & Welding Gmbh | Device for adjusting a laser beam in a laser processing machine |
EP1728581A1 (en) * | 2005-05-31 | 2006-12-06 | Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG | Laser working machine with a Laser working nozzle adjustment means for aligning the laser beam with the hole of the laser working nozzle |
EP1967316A1 (en) | 2007-03-05 | 2008-09-10 | Air Liquide Welding France | Installation and process for controlling the centering of a laser beam passing through a laser nozzle |
WO2019009833A2 (en) | 2016-11-22 | 2019-01-10 | Dener Makina Sanayi Ve Ticaret Limited Sirketi | Light centring system for laser lights used in laser cutting machines |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102022104184A1 (en) | 2022-02-22 | 2023-08-24 | Kurtz Gmbh & Co. Kg | Device, system and method for calibrating a laser device |
WO2023161223A1 (en) | 2022-02-22 | 2023-08-31 | Kurtz Gmbh & Co. Kg | Device, system and method for calibrating a laser device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102020100217B4 (en) | 2024-08-01 |
WO2021140037A1 (en) | 2021-07-15 |
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