DE102022101118A1 - Operating method for a laser processing machine and laser protection device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren (82) für eine Laserbearbeitungsmaschine (12) zum Schutz vor in eine Umgebung (40) der Laserbearbeitungsmaschine (12) austretender Laserstrahlung (42), wobei zumindest eine Prozessgröße in einem Bearbeitungsbereich (52) eines Laserstrahls (22) kontinuierlich gemessen, die gemessene Prozessgröße mit zumindest einem vorbestimmten Fehlerwert zumindest eines vorbestimmten Fehlerereignisses verglichen und eine Sicherheitsmaßnahme bei einer Gefährdung der Umgebung (40) durch das Fehlerereignis eingeleitet wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung.The invention relates to an operating method (82) for a laser processing machine (12) to protect against laser radiation (42) escaping into an environment (40) of the laser processing machine (12), wherein at least one process variable is measured continuously in a processing area (52) of a laser beam (22), the measured process variable is compared with at least one predetermined error value of at least one predetermined error event and a safety measure is initiated if the environment (40) is endangered by the error event. The invention also relates to a laser radiation protection device.
Description
Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention
Die Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Laserbearbeitungsmaschine zum Schutz vor in eine Umgebung der Laserbearbeitungsmaschine austretender Laserstrahlung. Die Erfindung betrifft ferner eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung.The invention relates to an operating method for a laser processing machine to protect against laser radiation escaping into the surroundings of the laser processing machine. The invention also relates to a laser radiation protection device.
Bei der Bearbeitung eines Werkstücks durch einen Laserstrahl einer Laserbearbeitungsmaschine wird die vom Laserstrahl ausgehende Bearbeitungsstrahlung nicht vollständig von dem zu bearbeitenden Werkstück absorbiert, wodurch es zu einer direkten oder diffusen Reflexion des Laserstrahls kommen kann. Zudem kann der Laserstrahl das zu bearbeitende Werkstück während der Bearbeitung durchdringen oder in Folge einer Fehlpositionierung der Laseroptik oder des zu bearbeitenden Werkstücks ungehindert in die Umgebung gerichtet sein. In den vorgenannten Fällen kann es zu einem Austreten von Laserstrahlung in die Umgebung der Laserbearbeitungsmaschine kommen. Hierdurch können dort befindliche Personen und Gegenstände gefährdet und ggf. erheblich geschädigt werden.When a workpiece is processed by a laser beam of a laser processing machine, the processing radiation emitted by the laser beam is not completely absorbed by the workpiece to be processed, which can result in direct or diffuse reflection of the laser beam. In addition, the laser beam can penetrate the workpiece to be processed during processing or be directed unhindered into the environment as a result of incorrect positioning of the laser optics or the workpiece to be processed. In the aforementioned cases, laser radiation can escape into the area surrounding the laser processing machine. As a result, people and objects located there can be endangered and possibly significantly damaged.
Laserbearbeitungsmaschinen weisen daher gewöhnlich einen passiven Laserschutz in Form zumindest einer Laserschutzwand und/oder einer Laserschutzkabine auf, um fehlgerichtete oder reflektierte Laserstrahlung zurückzuhalten.Laser processing machines therefore usually have passive laser protection in the form of at least one laser protection wall and/or a laser protection cabin in order to hold back misdirected or reflected laser radiation.
Die zunehmende Leistung der Laserbearbeitungsmaschinen sowie die zunehmende Brillanz der Laserstrahlen stellt dabei eine stetig wachsende Herausforderung für den passiven Laserschutz dar. Dieser muss eine immer größer werdende Schutzwirkung aufweisen, um ein Durchdringen der Laserschutzwand und/oder der Laserschutzkabine durch die fehlgerichtete oder reflektierte Laserstrahlung zu verhindern. Eine Steigerung der Schutzwirkung durch erhöhten Materialeinsatz ist dabei technisch und wirtschaftlich begrenzt, weshalb der passive Laserschutz oftmals um einen aktiven Laserschutz erweitert wird.The increasing performance of laser processing machines and the increasing brilliance of the laser beams represent a constantly growing challenge for passive laser protection. This must have an ever increasing protective effect in order to prevent the misdirected or reflected laser radiation from penetrating the laser protective wall and/or the laser protective cabin . An increase in the protective effect through increased use of materials is technically and economically limited, which is why passive laser protection is often expanded to include active laser protection.
Der aktive Laserschutz ist bei einem derart kombinierten Laserschutz zur sensorischen Überwachung des passiven Laserschutzes ausgebildet. Wird der passive Laserschutz durch den Laserstrahl durchdrungen, kann dies vom aktiven Laserschutz erkannt und der Laserstrahl unterbrochen werden. Notfalls kann die Laserbearbeitungsmaschine abgeschaltet werden. Der passive Laserschutz kann so bei dem derart kombinierten Laserschutz eine verminderte Schutzwirkung aufweisen, die lediglich einer kurzen zeitlichen Maximaleinwirkung durch den Laserstrahl bis zum Unterbrechen des Laserstrahls und/oder dem Abschalten der Laserbearbeitungsmaschine standhalten muss. Dadurch können die Bereitstellungskosten für den passiven Laserschutz gesenkt werden.In such a combined laser protection, the active laser protection is designed for sensory monitoring of the passive laser protection. If the passive laser protection is penetrated by the laser beam, this can be recognized by the active laser protection and the laser beam can be interrupted. If necessary, the laser processing machine can be switched off. The passive laser protection can thus have a reduced protective effect with the laser protection combined in this way, which only has to withstand a short maximum exposure to the laser beam until the laser beam is interrupted and/or the laser processing machine is switched off. As a result, the provision costs for passive laser protection can be reduced.
Allerdings muss bei diesem kombinierten Laserschutz eine vollflächige Überwachung der Laserschutzwand und/oder der Laserschutzkabine durch den aktiven Laserschutz mittels entsprechender Sensoren erfolgen, um einen ausreichend hohen Schutz vor Laserstrahlung mit zufälligem Abstrahlwinkel sicherzustellen. Dies erfordert einen hohen konstruktiven Aufwand bei der Ausbildung des aktiven Laserschutzes, wodurch bereits bei der Bereitstellung des aktiven Laserschutzes erhebliche Kosten entstehen. Zudem muss im Fall einer Beschädigung des passiven Laserschutzes oftmals auch eine aufwendige Reparatur der verwendeten Sensoren des aktiven Laserschutzes durchgeführt werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen.However, with this combined laser protection, the laser protection wall and/or the laser protection cabin must be monitored over the full area by the active laser protection using appropriate sensors in order to ensure a sufficiently high level of protection against laser radiation with a random beam angle. This requires a great deal of design effort in the design of the active laser protection, as a result of which considerable costs arise even when the active laser protection is provided. In addition, in the event of damage to the passive laser protection, the sensors used in the active laser protection often have to be repaired at great expense, which results in additional costs.
Herkömmlicher passiver, aktiver und/oder kombinierter Laserschutz muss darüber hinaus konzeptionell an die abzuschirmende Laserbearbeitungsmaschine und die mittels der Laserbearbeitungsmaschine durchgeführte Laserbearbeitung, bzw. deren Laserbearbeitungskenngrößen angepasst werden. Für eine Aufrechterhaltung der Schutzwirkung durch den Laserschutz bei einer Modifikation der Laserbearbeitungsmaschine, beispielsweise durch eine Erhöhung der Leistung und/oder eine Änderung der Laserbearbeitung bedarf es daher gewöhnlich einer aufwendigen und kostspieligen Überarbeitung des Laserschutzes.Conventional passive, active and/or combined laser protection must also be conceptually adapted to the laser processing machine to be shielded and the laser processing carried out by means of the laser processing machine, or its laser processing parameters. In order to maintain the protective effect of the laser protection when the laser processing machine is modified, for example by increasing the power and/or changing the laser processing, it is therefore usually necessary to carry out a complex and costly revision of the laser protection.
Aufgabe der Erfindungobject of the invention
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Laserschutz vorzuschlagen, der einfach an eine Änderung der Laserbearbeitungsmaschine anpassbar und darüber hinaus kostengünstig in der Bereitstellung und im Unterhalt ist.It is an object of the invention to propose laser protection that can be easily adapted to a change in the laser processing machine and is also inexpensive to provide and maintain.
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Betriebsverfahren und eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung der eingangs genannten Art mit den weiteren erfindungsgemäßen Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie gemäß Anspruch 11.This object is achieved according to the invention by an operating method and a laser radiation protection device of the type mentioned at the beginning with the further inventive features according to claim 1 and according to claim 11.
Mit anderen Worten wird die Aufgabe gelöst durch ein Betriebsverfahren für eine Laserbearbeitungsmaschine zum Schutz vor in eine Umgebung der Laserbearbeitungsmaschine austretender Laserstrahlung, bei dem zumindest eine Prozessgröße in einem Bearbeitungsbereich eines Laserstrahls kontinuierlich gemessen, die gemessene Prozessgröße mit zumindest einem vorbestimmten Fehlerwert zumindest eines vorbestimmten Fehlerereignisses verglichen und eine Sicherheitsmaßnahme bei einer Gefährdung der Umgebung durch das Fehlerereignis eingeleitet wird.In other words, the object is achieved by an operating method for a laser processing machine to protect against laser radiation escaping into the surroundings of the laser processing machine, in which at least one process variable is continuously measured in a processing area of a laser beam, the measured process variable is compared with at least one predetermined error value of at least one predetermined error event compared and a safety measure is initiated if the environment is endangered by the error event.
Unter einem Austreten von Laserstrahlung ist hier und im Folgenden insbesodnere die von dem Werkstück in die Umgebung reflektierte Laserstrahlung, die durch das Werkstück hindurch gerichtete Laserstrahlung und/oder die an einem Werkstück vorbei gerichtete Laserstrahlung zu verstehen. Escaping laser radiation is to be understood here and in the following in particular as the laser radiation reflected from the workpiece into the surroundings, the laser radiation directed through the workpiece and/or the laser radiation directed past a workpiece.
Mit anderen Worten kann das erfindungsgemäße Betriebsverfahren vor Laserstrahlung schützen, die von dem Werkstück weg gerichtet ist.In other words, the operating method according to the invention can protect against laser radiation directed away from the workpiece.
Unter dem erfindungsgemäßen Fehlerereignis ist hier und im Folgenden insbesondere ein von einem vorbestimmten Verlauf der Laserbearbeitung abweichendes, insbesondere ungewolltes, Prozessereignis zu verstehen. Mit anderen Worten stellt das Fehlerereignis ein Prozessereignis dar, das während einer ordnungsgemäßen Laserbearbeitung nicht auftritt. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine für die Laserbearbeitung unüblich hohe in die Umgebung der Laserbearbeitungsmaschine gerichtete Laserstrahlung maßgeblich von der ordnungsgemäßen Laserbearbeitung abhängig ist. Bei der ordnungsgemäßen Laserbearbeitung tritt lediglich eine prozessübliche Streustrahlung auf, die mittels einem herkömmlichen passiven Laserschutz zurückgehalten werden kann. Dagegen tritt bei einem Fehlerereignis Laserstrahlung in prozessunüblicher Höhe in die Umgebung aus, bzw. ist gegenüber der prozessüblichen Streustrahlung stark erhöht, wodurch der passive Laserschutz der Laserbearbeitungsmaschine unter Umständen durchdrungen bzw. überwunden werden kann.Here and in the following, the error event according to the invention is to be understood in particular as a process event that deviates from a predetermined course of the laser processing, in particular an undesired process event. In other words, the error event represents a process event that does not occur during proper laser processing. The inventors have found that laser radiation, which is unusually high for laser processing and directed into the area surrounding the laser processing machine, is largely dependent on proper laser processing. With proper laser processing, only the usual scattered radiation occurs, which can be held back using conventional passive laser protection. On the other hand, in the event of a fault, laser radiation escapes into the environment at a level that is unusual for the process, or is greatly increased compared to the scattered radiation that is usual for the process, which means that the passive laser protection of the laser processing machine can be penetrated or overcome.
Unter dem Fehlerereignis ist beispielsweise das Auftreten eines oder mehrerer Ereignisse, wie nachfolgend aufgeführt zu verstehen:
- Freistrahl: Das Auftreten eines Freistrahls ist durch ein ungehindertes oder durch ein direkt spiegelndes reflektiertes Austreten des Laserstrahls in die Umgebung der Laserbearbeitungsmaschine charakterisiert. Mit anderen Worten kann sich der Laserstrahl ungehindert im Raum ausbreiten. Die Gefährdung der Umgebung durch die Laserstrahlung ist in diesem Fall maximal, jedoch auf einen geringen Winkelbereich beschränkt.
- Strahldurchtritt: Beim Auftreten eines Strahldurchtritts durchdringt der Laserstrahl das Werkstück. Mit anderen Worten tritt der Laserstrahl auf einer einem Laserbearbeitungskopf zugewandten Seite in das Werkstück ein und auf einer dem Laserbearbeitungskopf abgewandten Seite wieder aus. Die Gefährdung der Umgebung nähert sich dabei mit der Dauer des Strahldurchtritts und der zunehmenden Aufweitung der Laserstrahlausnehmung der Gefährdung durch den Freistrahl an.
- Fehlerhaftes Einkoppeln und/oder Laserstrahlabriss: Das Auftreten von Fehlerhaftem Einkoppeln und/oder einem Laserstrahlabriss ist durch erhebliche Reflexion der Laserstrahlung an dem Werkstück charakterisiert. Das Werkstück bzw. ein Schmelzbad des Werkstücks kann in diesem Fall starke Temperaturschwankungen aufweisen und/oder vermindert ausgebildet sein. Fehlerhaftes Einkoppeln kann beispielsweise durch ein unzureichendes und/oder verzögertes bzw. verspätetes Einkoppeln des Laserstrahls in das Werkstück eintreten. Fehlerhaftes Einkoppeln kann zu Beginn einer Laserbearbeitung auftreten, wohingegen ein Laserstrahlabriss meistens bei fortgeschrittener Laserbearbeitung auftritt.
- Falsche Fokuslage: Eine Falsche Fokuslage kann das Fehlerhafte Einkoppeln und/oder den Laserstrahlabriss bewirken, wobei das Auftreten der Falschen Fokuslage ebenfalls durch erhebliche Reflexionen der Laserstrahlung in die Umgebung charakterisiert ist.
- Free beam: The occurrence of a free beam is characterized by an unimpeded or by a directly specular reflected exit of the laser beam into the environment of the laser processing machine. In other words, the laser beam can spread unhindered in space. In this case, the danger to the environment from the laser radiation is maximum, but limited to a small angle range.
- Beam penetration: When a beam penetration occurs, the laser beam penetrates the workpiece. In other words, the laser beam enters the workpiece on a side facing a laser processing head and exits again on a side facing away from the laser processing head. The hazard to the environment approaches the hazard posed by the free jet with the duration of the beam passage and the increasing widening of the laser beam recess.
- Incorrect coupling and/or laser beam break: The occurrence of incorrect coupling and/or a laser beam break is characterized by significant reflection of the laser radiation on the workpiece. In this case, the workpiece or a molten pool of the workpiece can exhibit strong temperature fluctuations and/or be of reduced design. Incorrect coupling can occur, for example, due to insufficient and/or delayed or late coupling of the laser beam into the workpiece. Incorrect coupling can occur at the beginning of a laser processing, whereas a laser beam break occurs mostly with advanced laser processing.
- Incorrect focus position: An incorrect focus position can cause faulty coupling and/or the laser beam to break off, with the occurrence of the incorrect focus position also being characterized by significant reflections of the laser radiation into the environment.
Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass bei einem Fehlerereignis zumindest eine Prozessgröße in dem Bearbeitungsbereich des Laserstrahls auf dem Werkstück von prozessüblichen Werten der Prozessgröße abweicht. Erfindungsgemäß wird daher die zumindest eine Prozessgröße in dem Bearbeitungsbereich des Laserstrahls auf dem Werkstück gemessen. Das Betriebsverfahren kann abhängig von der zu messenden Prozessgröße den Einsatz verschiedenartiger Messmittel vorsehen.The inventors have also established that, in the event of an error event, at least one process variable in the processing area of the laser beam on the workpiece deviates from values of the process variable that are typical for the process. According to the invention, the at least one process variable is therefore measured in the processing area of the laser beam on the workpiece. Depending on the process variable to be measured, the operating procedure can provide for the use of various types of measuring equipment.
Unter der Prozessgröße ist eine messbare physikalische Größe zu verstehen, die in der Folge der Einwirkung des Laserstrahls auf das Werkstück veränderbar ist. Prozessgrößen im erfindungsgemäßen Sinn können beispielsweise die Entfernung zwischen Werkstück und Laserbearbeitungskopf; die örtlich und/oder zeitlich aufgelöste Wärmestrahlung; die punktuelle Wärmestrahlung des Werkstücks; und/oder die Strahlungsintensität des Werkstücks sein.The process variable is a measurable physical variable that can be changed as a result of the impact of the laser beam on the workpiece. Process variables in the sense of the invention can be, for example, the distance between the workpiece and the laser processing head; the spatially and/or temporally resolved thermal radiation; the punctiform thermal radiation of the workpiece; and/or the radiation intensity of the workpiece.
Der Bearbeitungsbereich des Laserstrahls auf dem Werkstück umfasst die Teilbereiche auf dem Werkstück, die entweder durch den Laserstrahl bestrahlt werden oder in denen die unmittelbare Wirkung der Bestrahlung noch anhält. The processing area of the laser beam on the workpiece includes the partial areas on the workpiece that are either irradiated by the laser beam or in which the direct effect of the irradiation continues.
Beispielsweise kann im Fall einer Laserschweißbearbeitung des Werkstücks der Bearbeitungsbereich als der Bereich des Strahleindringens in das Werkstück wie auch das durch den Laserstrahl bedingte Schmelzbad verstanden werden. Die erstarrte Schweißnaht wird dagegen nicht als Bearbeitungsbereich im erfindungsgemäßen Sinn verstanden.For example, in the case of laser welding processing of the workpiece, the processing area can be understood as the area in which the beam penetrates into the workpiece, as well as the weld pool caused by the laser beam. the first A welded seam, on the other hand, is not understood as a processing area in the sense of the invention.
Der Bearbeitungsbereich kann sich während der Laserbearbeitung verändern. Beispielsweise kann sich der Bearbeitungsbereich entlang einer Oberfläche des Werkstücks und/oder in das Werkstück hinein verschieben. Zudem kann sich der Bearbeitungsbereich richtungsabhängig vergrößern oder verkleinern.The processing area can change during laser processing. For example, the processing area can shift along a surface of the workpiece and/or into the workpiece. In addition, the processing area can increase or decrease depending on the direction.
Die gemessene Prozessgröße wird anschließend mit zumindest einem vorbestimmten Fehlerwert der Prozessgröße verglichen. Der Fehlerwert stellt einen Grenzwert der Prozessgröße dar, der lediglich bei Eintreten eines Fehlerereignisses vorliegt. Bei einer ordnungsgemäßen Laserbearbeitung dagegen nimmt die Prozessgröße im Bearbeitungsbereich den Fehlerwert nicht an. Mit anderen Worten kann somit ein Fehlerereignis und mithin das Austreten von Laserstrahlung in prozessunüblicher bzw. unzulässiger Höhe mittels zumindest einem symptomatischen Fehlerwert der Prozessgröße ermittelt werden. Die Gefährdung der Umgebung durch die Laserstrahlung tritt folglich dann ein, wenn die im Bearbeitungsbereich des Laserstrahls auf dem Werkstück gemessene Prozessgröße unterhalb oder oberhalb (je nach Art der Prozessgröße) des Fehlerwerts liegt.The measured process variable is then compared with at least one predetermined error value of the process variable. The error value represents a limit value of the process variable that is only present when an error event occurs. On the other hand, with proper laser processing, the process variable in the processing area does not assume the error value. In other words, an error event and consequently the emergence of laser radiation at a level that is unusual for the process or is impermissible can be determined using at least one symptomatic error value of the process variable. The environment is therefore endangered by the laser radiation when the process variable measured on the workpiece in the processing area of the laser beam is below or above (depending on the type of process variable) the error value.
Der Fehlerwert kann analytisch und/oder empirisch bestimmt sein. Vorzugsweise wurde der Fehlerwert empirisch durch Messung der Prozessgröße während der Laserbearbeitung und anschließender Bewertung der Laserbearbeitung als ordnungsgemäß oder fehlerhaft vorbestimmt. Die Bewertung kann beispielsweise mittels Messen der ausgetretenen Laserstrahlung bei der Laserbearbeitung, Begutachten des Laserbearbeitungsprozesses, Auswerten von Prozessparametern der Laserbearbeitungsmaschine und/oder Begutachtung des Ergebnisses der Laserbearbeitung erfolgen. Die Bewertung kann dabei händisch und/oder visuell, insbesondere durch einen Fachmann, oder maschinell, insbesondere durch ein neuronales Netz, vorgenommen worden sein. Weiter vorzugsweise liegen dem vorbestimmten Fehlerwert zumindest zehn, insbesondere hundert, besonders bevorzugt tausend, ordnungsgemäße und/oder fehlerhafte Laserbearbeitungen zugrunde.The error value can be determined analytically and/or empirically. The error value was preferably predetermined empirically by measuring the process variable during the laser processing and then evaluating the laser processing as correct or incorrect. The evaluation can be carried out, for example, by measuring the laser radiation emitted during laser processing, assessing the laser processing process, evaluating process parameters of the laser processing machine and/or assessing the result of the laser processing. The assessment can be carried out manually and/or visually, in particular by a person skilled in the art, or by machine, in particular using a neural network. More preferably, the predetermined error value is based on at least ten, in particular one hundred, particularly preferably one thousand, correct and/or faulty laser processing operations.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine Sicherheitsmaßnahme bei einer Gefährdung der Umgebung durch austretende Laserstrahlung eingeleitet wird. Eine Sicherheitsmaßnahme dient dem Schutz der Umgebung und soll ein weiteres Austreten der Laserstrahlung und/oder ein weiteres Erhöhen der Laserstrahlung verhindern. Vorzugsweise ist die Sicherheitsmaßnahme von einem Gefährdungsgrad der bei einem Fehlerereignis austretenden Laserstrahlung abhängig, wobei die Sicherheitsmaßnahme mit zunehmender Gefährdung einen drastischeren Eingriff in die Laserbearbeitung einleitet.According to the invention, it is provided that a safety measure is initiated if the environment is endangered by escaping laser radiation. A safety measure serves to protect the environment and is intended to prevent further escape of the laser radiation and/or a further increase in the laser radiation. The safety measure is preferably dependent on the degree of risk of the laser radiation emerging in the event of a fault event, with the safety measure introducing a more drastic intervention in the laser processing as the risk increases.
Eine Sicherheitsmaßnahme kann beispielsweise in einem Ändern von Prozessparametern; in einem Unterbrechen des Laserstrahls; und/oder in einem Abschalten der Laserbearbeitungsmaschine bestehen. Ein Ändern der Prozessparameter kann beispielsweise in der Änderung der Fokuslage, der Vorschubgeschwindigkeit und/oder der Position des Bearbeitungskopfes über dem Werkstück bestehen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei einer nur leicht erhöhten austretenden Laserstrahlung zunächst Prozessparameter geändert werden und erst bei weiterem Erhöhen der austretenden Laserstrahlung der Laserstrahl der Laserbearbeitungsmaschine unterbrochen wird.A security measure can be, for example, changing process parameters; in breaking the laser beam; and/or the laser processing machine being switched off. Changing the process parameters can consist, for example, in changing the focus position, the feed rate and/or the position of the processing head over the workpiece. For example, it can be provided that when the laser radiation emitted is only slightly increased, process parameters are first changed and the laser beam of the laser processing machine is only interrupted when the laser radiation emitted increases further.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Prozessgröße mit zwei oder mehr vorbestimmten Fehlerwerten verglichen wird. Die Fehlerwerte sind vorzugsweise gestaffelt und können einen zunehmenden Gefährdungsgrad der Umgebung durch die austretende Laserstrahlung ausweisen. Hierdurch kann die Sicherheitsmaßnahme ebenfalls in einem zunehmenden Eingriff in die Laserbearbeitungsmaschine bestehen, wobei ein Abschalten der Laserbearbeitungsmaschine bei Eintreten des höchsten Gefährdungsgrades erfolgt.Furthermore, it can be provided that the process variable is compared with two or more predetermined error values. The error values are preferably staggered and can indicate an increasing degree of danger to the environment from the exiting laser radiation. As a result, the safety measure can also consist of an increasing intervention in the laser processing machine, with the laser processing machine being switched off when the highest degree of danger occurs.
Zusammenfassend stellt das vorliegende erfindungsgemäße Betriebsverfahren einen Laserstrahlungsschutz für die Umgebung durch das gezielte Überwachen der zumindest einen Prozessgröße in dem Bearbeitungsbereich des Laserstrahls auf dem Werkstück sicher. Das Erkennen von Fehlereignissen wird durch das Vorbestimmen des zumindest einen Fehlerwerts für die überwachte, bzw. kontinuierlich gemessene Prozessgröße gesteuert und dem damit einhergehenden Austreten von prozessunüblicher Laserstrahlung in die Umgebung entgegengewirkt. Dies ermöglicht die besonders einfache Bereitstellung des aktiven Laserschutzes.In summary, the present operating method according to the invention ensures laser radiation protection for the environment through the targeted monitoring of the at least one process variable in the processing area of the laser beam on the workpiece. The detection of erroneous events is controlled by predetermining the at least one error value for the monitored or continuously measured process variable, and the associated emergence of laser radiation that is not typical for the process into the environment is counteracted. This enables the active laser protection to be provided in a particularly simple manner.
Weiter vorteilhaft ist eine Anpassung des Betriebsverfahrens an eine modifizierte Laserbearbeitungsstrategie besonders einfach möglich. In diesem Fall kann sich die Anpassung des Betriebsverfahrens schnell und kostengünstig auf die Änderung der vorbestimmten Fehlerwerte beschränken, wodurch Ausfallzeiten in der Bearbeitung sowie Kosten für entfallenden Planungsaufwand eingespart werden können.It is also advantageously possible to adapt the operating method to a modified laser processing strategy in a particularly simple manner. In this case, the adaptation of the operating method can be limited to changing the predetermined error values quickly and inexpensively, which means that downtimes in processing and costs for the planning effort that is no longer required can be saved.
Eine Laserbearbeitungsstrategie im erfindungsgemäßen Sinn kann zumindest eine vorbestimmte Kombination, insbesondere mehrere vorbestimmte Kombinationen, von Laserbearbeitungskenngrößen beinhalten. Alternativ oder zusätzlich kann eine Laserbearbeitungsstrategie einen oder mehrere Laserbearbeitungsprozesse der Laserbearbeitungsmaschine beinhalten. Mit anderen Worten können innerhalb einer Laserbearbeitungsstrategie verschiedenartig ausgebildete Werkstücke auf unterschiedliche Art durch die Laserbearbeitungsmaschine bearbeitet werden. Beispielsweise können zwei Rohre miteinander verschweißt und/oder eine Platte zerschnitten werden. Ferner kann die Laserbearbeitungsstrategie nachträglich erweitert oder reduziert werden.A laser processing strategy in the sense of the invention can at least one vorbe appropriate combination, in particular a plurality of predetermined combinations, of laser processing parameters. Alternatively or additionally, a laser processing strategy can include one or more laser processing processes of the laser processing machine. In other words, within a laser processing strategy, differently designed workpieces can be processed in different ways by the laser processing machine. For example, two pipes can be welded together and/or a plate can be cut. Furthermore, the laser processing strategy can be subsequently expanded or reduced.
Unter Laserbearbeitungskenngrößen sind beispielsweise die Laserleistung, Fokuslage, Vorschubgeschwindigkeit, Bearbeitungsgeometrie und/oder Strahlorientierung zu verstehen.Laser processing parameters are to be understood as meaning, for example, the laser power, focus position, feed rate, processing geometry and/or beam orientation.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahren werden zumindest zwei Prozessgrößen gemessen und die zumindest zwei gemessenen Prozessgrößen mit zumindest zwei Fehlerwerten des zumindest einen Fehlerereignisses verglichen, wobei eine Gefährdung in Abhängigkeit beider Vergleiche ermittelt wird. Mit anderen Worten werden zwei symptomatische Fehlerwerte von zwei unterschiedlichen Prozessgrößen zur zweikanaligen Ermittlung einer Gefährdung verglichen. Auf diese Weise kann eine zuverlässigere Bestimmung des Fehlerereignisses und folglich der Gefährdung durch austretende Laserstrahlung bestimmt werden.In a preferred embodiment of the operating method, at least two process variables are measured and the at least two measured process variables are compared with at least two error values of the at least one error event, with a risk being determined as a function of both comparisons. In other words, two symptomatic error values of two different process variables are compared for two-channel determination of a hazard. In this way, a more reliable determination of the fault event and consequently of the hazard from escaping laser radiation can be determined.
Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform des Betriebsverfahrens, bei dem die zumindest eine Prozessgröße mit zumindest zwei, insbesondere identischen, Messmitteln gemessen wird und die gemessene Prozessgröße der zumindest zwei Messmittel mit dem zumindest einen Fehlerwert des zumindest einen Fehlerereignisses verglichen wird, wobei eine Gefährdung in Abhängigkeit beider Vergleiche ermittelt wird. Mit anderen Worten wird eine redundante bzw. zweikanalige Messung der zumindest einen Prozessgröße durchgeführt, wodurch eine Gefährdung durch austretende Laserstrahlung selbst bei Ausfall eines Messmittels zuverlässig erfolgen kann.Also preferred is an embodiment of the operating method in which the at least one process variable is measured with at least two, in particular identical, measuring devices and the measured process variable of the at least two measuring devices is compared with the at least one error value of the at least one error event, with a risk depending on both comparisons is determined. In other words, a redundant or two-channel measurement of the at least one process variable is carried out, as a result of which there can be a risk from escaping laser radiation even if a measuring device fails.
Die vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen zur zweikanaligen Messung der zumindest einen Prozessgröße und/oder der Ermittlung des Fehlerereignisses kann so die Sicherheitsanforderungen einschlägiger Normen erfüllen, wie sie insbesondere in der
Bevorzugt ist außerdem ein Betriebsverfahren, bei dem die Prozessgröße „Abstand zwischen dem Werkstück und einem Bearbeitungskopf der Laserbearbeitungsmaschine“ entlang einer Laserstrahlachse gemessen wird. Durch Messen dieser Prozessgröße und Vergleichen mit dem Fehlerwert können beispielsweise die Fehlerereignisse Laserfreistrahl, Strahldurchtritt und/oder die Falsche Fokuslage bestimmt werden. Wird ein zu großer Abstand gemessen, kann beispielsweise die Fokuslage falsch eingestellt sein und/oder eine Messung an dem Werkstück vorbei oder durch das Werkstück hindurch erfolgt sein. In letzteren Fällen kann dies zu einem Freistrahl und/oder einem Strahldurchtritt führen, wodurch eine erhebliche Gefährdung der Umgebung vorliegt.Also preferred is an operating method in which the process variable “distance between the workpiece and a processing head of the laser processing machine” is measured along a laser beam axis. By measuring this process variable and comparing it with the error value, the error events laser free beam, beam penetration and/or the incorrect focus position can be determined, for example. If too great a distance is measured, for example the focus position may have been set incorrectly and/or a measurement may have taken place past the workpiece or through the workpiece. In the latter cases, this can lead to a free jet and/or a jet penetration, as a result of which there is a significant risk to the environment.
Bei einem bevorzugten Betriebsverfahren ist vorgesehen, dass eine vom Werkstück emittierte Wärmeabstrahlung, insbesondere eine Infrarotwärmeabstrahlung, örtlich aufgelöst gemessen wird. Unter einem örtlich aufgelösten Messen der Wärmeabstrahlung ist dabei insbesondere ein Erstellen einer Temperaturabbildung der Werkstückoberfläche in zumindest einem Teilbereich von dem Bearbeitungsbereich des Laserstrahls zu verstehen. Die Temperaturabbildung kann anschließend, insbesondere durch eine Bildauswertung, ausgewertet werden, wobei charakteristische Temperaturbereiche zum Ermitteln eines Fehlerereignisses verwendet werden können. Durch Messen der Wärmeabstrahlung können beispielsweise die Fehlerereignisse Strahldurchtritt; Fehlerhaftes Einkoppeln; und/oder ein Laserstrahlabriss ermittelt werden. Ein Laserstrahlabriss und ein Fehlerhaftes Einkoppeln können beispielsweise durch Auswerten einer Ausdehnung des Schmelzbades aus der Temperaturabbildung ermittelt werden.In a preferred operating method, it is provided that heat radiation emitted by the workpiece, in particular infrared heat radiation, is measured in a locally resolved manner. A locally resolved measurement of the heat radiation is to be understood in particular as creating a temperature image of the workpiece surface in at least a partial area of the processing area of the laser beam. The temperature map can then be evaluated, in particular by an image evaluation, with characteristic temperature ranges being able to be used to determine an error event. By measuring the heat dissipation, for example, the error events beam penetration; Incorrect coupling; and/or a laser beam break can be determined. A laser beam break-off and incorrect coupling can be determined, for example, by evaluating an expansion of the melt pool from the temperature image.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Betriebsverfahren ist vorgesehen, dass die vom Werkstück koaxial zum Laserstrahl emittierte Wärmeabstrahlung gemessen wird. Hierdurch kann der Bearbeitungsbereich besonders genau gemessen werden, da Streustrahlung schräg zum Laserstrahl, beispielsweise aus einem benachbarten Bereich des Werkstücks unbeachtet bleiben kann.In a preferred development of the operating method, it is provided that the heat radiation emitted by the workpiece coaxially to the laser beam is measured. As a result, the processing area can be measured particularly precisely, since scattered radiation obliquely to the laser beam, for example from an adjacent area of the workpiece, can go unnoticed.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahren wird eine vom Werkstück emittierte Wärmeabstrahlung, insbesondere eine Infrarotwärmeabstrahlung, zeitlich aufgelöst ausgewertet. Hierbei wird die kontinuierlich gemessene Prozessgröße zum Zweck einer Darstellung des zeitlichen Verlaufs der Prozessgröße gespeichert. Durch Auswerten des zeitlichen Verlaufs der Wärmeabstrahlung können beispielsweise die Fehlerereignisse Laserstrahlabriss und/oder Fehlerhaftes Einkoppeln besonders zuverlässig ermittelt werden.In a preferred embodiment of the operating method, heat radiation emitted by the workpiece, in particular infrared heat radiation, is evaluated in a time-resolved manner. In this case, the continuously measured process variable is stored for the purpose of displaying the process variable over time. By evaluating the course of the heat radiation over time, for example, the fault events of laser beam breakage and/or faulty coupling can be determined particularly reliably.
Bevorzugt ist weiterhin eine Ausführungsform des Betriebsverfahrens, bei der eine vom Werkstück in einem Laserbearbeitungszentrum emittierte Wärmeabstrahlung gemessen wird. Hierdurch lässt sich beispielsweise das Fehlerereignis Strahldurchtritt bestimmen. Bei einem Strahldurchtritt wird im Laserbearbeitungszentrum gegenüber dem angrenzenden Randbereich lediglich eine geringe Wärmeabstrahlung gemessen, da in der Folge des Strahldurchtritts das Werkstück im besagten Bereich abgetragen wurde.Also preferred is an embodiment of the operating method in which a laser beam is emitted from the workpiece in a laser machining center Heat dissipation is measured. In this way, for example, the error event beam passage can be determined. When the beam passes through, only a small amount of heat radiation is measured in the laser processing center compared to the adjacent edge area, since the workpiece was removed in the said area as a result of the beam passing through.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Betriebsverfahrens wird eine von dem Schmelzbad am Werkstück emittierte Wärmeabstrahlung gemessen. Die Wärmeabstrahlung wird dabei vorzugsweise punktuell im Schmelzbad gemessen und zu einem Zeitpunkt und/oder in einem zeitlichen Verlauf ausgewertet. Ein zeitliches Auswerten der Wärmeabstrahlung kann dabei besonders effektiv zum Bestimmen des Fehlerereignisses Fehlerhaftes Einkoppeln angewendet werden.In a preferred embodiment of the operating method, heat radiation emitted by the melt pool on the workpiece is measured. The heat radiation is preferably measured at points in the molten bath and evaluated at a point in time and/or over time. A temporal evaluation of the heat radiation can be used particularly effectively to determine the error event incorrect coupling.
Weiter bevorzugt ist eine Ausführungsform des Betriebsverfahrens, bei der eine vom Werkstück emittierte Wärmeabstrahlung örtlich begrenzt gemessen wird. Hierdurch kann die Prozessgröße in einem für ein Fehlerereignis charakteristischen Bereich des Bearbeitungsbereichs gemessen werden und der übrige Bearbeitungsbereich unbeachtet bleiben. Dies begünstigt ein schnelles Auswerten und kann die Genauigkeit der Messung erhöhen.Also preferred is an embodiment of the operating method in which heat radiation emitted by the workpiece is locally measured. As a result, the process variable can be measured in an area of the processing area that is characteristic of an error event, and the remaining processing area can be ignored. This promotes rapid evaluation and can increase the accuracy of the measurement.
Die zugrundeliegende Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung zum Schutz der Umgebung vor der Laserstrahlung des Laserstrahls der Laserbearbeitungsmaschine, die vorzugsweise zur Durchführung des vorhergehend beschriebenen erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens eingerichtet ist.The underlying object is also achieved by a laser radiation protection device for protecting the environment from the laser radiation of the laser beam of the laser processing machine, which is preferably set up to carry out the operating method according to the invention described above.
Die Laserstrahlungsschutzvorrichtung weist erfindungsgemäß den passiven Laserschutz auf, der zum Zurückhalten von der in die Umgebung austretenden prozessüblichen Laserstrahlung ausgebildet ist. Ferner weist die Laserstrahlungsschutzvorrichtung den aktiven Laserschutz auf.According to the invention, the laser radiation protection device has the passive laser protection, which is designed to hold back the laser radiation that is typical for the process and escapes into the environment. Furthermore, the laser radiation protection device has active laser protection.
Der aktive Laserschutz weist eine Steuerung, eine Überwachungssensorik und eine Auswertungseinheit auf. Die Steuerung ist zum Einleiten einer Sicherheitsmaßnahme bei Überschreiten der zulässigen in die Umgebung austretenden Laserstrahlung eingerichtet. Die Überwachungssensorik ist erfindungsgemäß zum Messen der zumindest einen Prozessgröße im Bearbeitungsbereich des Laserstrahls ausgebildet und die Auswertungseinheit zum Ermitteln des zumindest einen Fehlerereignisses durch Vergleich der gemessenen Prozessgröße mit dem zumindest einen Fehlerwert eingerichtet.The active laser protection has a controller, a monitoring sensor system and an evaluation unit. The controller is set up to initiate a safety measure if the permissible laser radiation emitted into the environment is exceeded. According to the invention, the monitoring sensor system is designed to measure the at least one process variable in the processing area of the laser beam and the evaluation unit is set up to determine the at least one error event by comparing the measured process variable with the at least one error value.
Unter dem passiven Laserschutz ist insbesondere eine die Laserstrahlung blockierende Barriere zu verstehen. Mit anderen Worten wird die Laserstrahlung von dem passiven Laserschutz absorbiert und/oder reflektiert und somit am Austreten in die Umgebung gehindert. Der passive Laserschutz kann die Laserbearbeitungsmaschine teilweise, beispielsweise in Form einer Laserschutzwand und/oder vollständig umgeben, beispielsweise in Form einer Laserschutzkabine.Passive laser protection means in particular a barrier that blocks the laser radiation. In other words, the laser radiation is absorbed and/or reflected by the passive laser protection and is thus prevented from escaping into the environment. The passive laser protection can partially surround the laser processing machine, for example in the form of a laser protection wall and/or completely, for example in the form of a laser protection cabin.
Unter dem aktiven Laserschutz ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zu verstehen, die zum Erkennen von in die Umgebung gerichteter Laserstrahlung ausgebildet und zum Entgegenwirken auf das Entstehen der Laserstrahlung eingerichtet ist. Dadurch kann der passive Laserschutz eine geringere Schutzwirkung aufweisen, wodurch die Bereitstellungskosten gesenkt werden können.According to the invention, active laser protection is to be understood as meaning a device which is designed to detect laser radiation directed into the environment and is set up to counteract the production of the laser radiation. As a result, the passive laser protection can have a lower protective effect, which means that the deployment costs can be reduced.
Die Überwachungssensorik ist zum Messen der Prozessgröße im Bearbeitungsbereich des Laserstrahls ausgebildet. Ein Messmittel ist hierzu dauerhaft auf den Bearbeitungsbereich des Laserstrahls gerichtet. Hierdurch kann eine kontinuierliche Messung erfolgen.The monitoring sensor system is designed to measure the process variable in the processing area of the laser beam. For this purpose, a measuring device is permanently aimed at the processing area of the laser beam. This allows a continuous measurement to take place.
Die Überwachungssensorik ist vorzugsweise zur unmittelbaren Datenübertragung mit der Überwachungssensorik eingerichtet. Hierdurch kann ein besonders schneller Datenaustausch erfolgen.The monitoring sensor system is preferably set up for direct data transmission with the monitoring sensor system. A particularly fast exchange of data can thereby take place.
Die Steuerung ist erfindungsgemäß zum Einleiten der Sicherheitsmaßnahme eingerichtet. Beispielsweise kann die Steuerung zum Ausgeben einer Warnung und/oder zum Auslösen eines Alarms eingerichtet sein. Vorzugsweise ist die Steuerung mit einer Maschinensteuerung der Laserbearbeitungsmaschine verbunden. Hierdurch kann das Einleiten einer Sicherheitsmaßnahme besonders schnell erfolgen. Weiter vorzugsweise ist die Steuerung dazu eingerichtet, auf die Maschinensteuerung der Laserbearbeitungsmaschine zuzugreifen und die Prozessparameter zu ändern. Hierdurch kann die Sicherheitsmaßnahme besonders effektiv und ohne nennenswerten Zeitverlust eingeleitet werden. In besonders bevorzugter Weise ist die Steuerung dazu eingerichtet, die Laserbearbeitungsmaschine auszuschalten und/oder eine Energieversorgung der Laserbearbeitungsmaschine zu unterbrechen.According to the invention, the controller is set up to initiate the safety measure. For example, the controller can be set up to issue a warning and/or to trigger an alarm. The controller is preferably connected to a machine controller of the laser processing machine. As a result, a security measure can be initiated particularly quickly. More preferably, the controller is set up to access the machine controller of the laser processing machine and to change the process parameters. As a result, the security measure can be initiated particularly effectively and without any loss of time worth mentioning. In a particularly preferred manner, the controller is set up to switch off the laser processing machine and/or to interrupt an energy supply to the laser processing machine.
Erfindungsgemäß ist der aktive Laserschutz zum Erkennen der in die Umgebung gerichteten Laserstrahlung mittels der Überwachungssensorik zum Messen der zumindest einen Prozessgröße unmittelbar in dem Bearbeitungsbereich auf dem Werkstück eingerichtet. Besonders vorteilhaft kann dabei ein aktiver Laserschutz frühzeitig, insbesondere präventiv erfolgen, wodurch eine erhebliche Beschädigung des passiven Laserschutz vermieden werden kann.According to the invention, the active laser protection is set up to detect the laser radiation directed into the environment using the monitoring sensor system to measure the at least one process variable directly in the processing area on the workpiece. In this case, active laser protection can take place particularly advantageously at an early stage, in particular preventively, as a result of which considerable damage to the passive laser protection can be avoided.
Der aktive Laserschutz kann mittels Wahl der zu messenden Prozessgröße sowie Vorbestimmen des zumindest einen Fehlerwerts an verschiedene Laserbearbeitungsmaschinen und Laserbearbeitungsstrategien angepasst werden. Somit kann auf kostengünstige Weise ein Laserschutz bereitgestellt werden, der besonders einfach an verschiedene Laserbearbeitungsmaschinen angepasst werden kann. Eine vollflächige Überwachung des passiven Laserschutzes mittels teurer Überwachungssensoren kann entfallen, wodurch Kosten hinsichtlich der Bereitstellung und der Reparatur vermieden werden.The active laser protection can be adapted to different laser processing machines and laser processing strategies by selecting the process variable to be measured and predetermining the at least one error value. Laser protection can thus be provided in a cost-effective manner, which can be adapted particularly easily to different laser processing machines. A full-area monitoring of the passive laser protection by means of expensive monitoring sensors can be omitted, which avoids costs with regard to provision and repair.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Laserstrahlungsschutzvorrichtung ist die Überwachungssensorik zum Messen von zumindest zwei Prozessgrößen ausgebildet und die Auswertungseinheit zum Ermitteln des zumindest einen Fehlerereignisses durch Auswerten der zumindest zwei Prozessgrößen eingerichtet. Hierdurch kann ein besonders zuverlässiges Ermitteln des Fehlerereignisses erfolgen. Ferner kann das redundante Ermitteln des Fehlerereignisses im Fall von unzureichendem Messen von einer der Prozessgrößen durch die Überwachungssensorik sichergestellt werden. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des aktiven Laserschutzes verbessert werden.In a preferred embodiment of the laser radiation protection device, the monitoring sensor system is designed to measure at least two process variables and the evaluation unit is set up to determine the at least one fault event by evaluating the at least two process variables. As a result, the error event can be determined particularly reliably. Furthermore, the redundant determination of the error event can be ensured by the monitoring sensor system in the event of insufficient measurement of one of the process variables. This can improve the reliability of the active laser protection.
Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Laserstrahlungsschutzvorrichtung, bei der die Überwachungssensorik zumindest zwei Messmittel zum Messen der zumindest einen Prozessgröße aufweist und wobei die Auswertungseinheit zum Ermitteln des zumindest einen Fehlerereignisses durch Auswerten der gemessenen Prozessgröße der zwei Messmittel eingerichtet ist. Hierdurch kann die ordnungsgemäße Funktion der Messmittel sichergestellt und die Zuverlässigkeit des aktiven Laserdchutzes weiter verbessert werden.An embodiment of the laser radiation protection device is particularly preferred in which the monitoring sensor system has at least two measuring devices for measuring the at least one process variable and wherein the evaluation unit is set up to determine the at least one error event by evaluating the measured process variable of the two measuring devices. In this way, the proper functioning of the measuring equipment can be ensured and the reliability of the active laser protection can be further improved.
Bevorzugt ist zudem eine Ausführungsform der Laserstrahlungsschutzvorrichtung, bei der die Überwachungssensorik einen Kohärenztomographen zur optischen Abstandsmessung und/oder eine Thermographiekamera und/oder ein Pyrometer zur Wärmestrahlungsmessung aufweist. Hierdurch kann der aktive Laserstrahlungsschutz unter Verwendung prozessüblicher Messmittel besonders kostengünstig ausgebildet werden.In addition, an embodiment of the laser radiation protection device is preferred in which the monitoring sensor system has a coherence tomograph for optical distance measurement and/or a thermal imaging camera and/or a pyrometer for thermal radiation measurement. As a result, the active laser radiation protection can be configured particularly cost-effectively using measurement means that are customary in the process.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Laserstrahlungsschutzvorrichtung ist die Überwachungssensorik zumindest teilweise, insbesondere vollständig, an und/oder in einem Bearbeitungskopf der Laserschneidmaschine angeordnet. Dies begünstigt die einfache Mitführung der Überwachungssensorik an einem bewegbaren Bearbeitungskopf sowie die ungehinderte Messung der zumindest einen Prozessgröße im Bearbeitungsbereich des Laserstrahls.In a preferred embodiment of the laser radiation protection device, the monitoring sensor system is arranged at least partially, in particular completely, on and/or in a processing head of the laser cutting machine. This favors the simple entrainment of the monitoring sensor system on a movable processing head and the unimpeded measurement of the at least one process variable in the processing area of the laser beam.
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Laserstrahlungsschutzvorrichtung und das erfindungsgemäße Betriebsverfahren anhand bevorzugter Funktionsweisen der beispielhaften Messmittel näher erläutert.The laser radiation protection device according to the invention and the operating method according to the invention are explained in more detail below with reference to preferred modes of operation of the exemplary measuring means.
Ein Optischer Kohärenztomograph realisiert ein interferometrisches Messverfahren zur optischen Distanzmessung. Polychromatisches Licht einer Superlumineszenzdiode mit einer kurzen Kohärenzlänge wird mittels Strahlteiler in einen Referenz- sowie einen Messarm geleitet. Der Messarm weist an dessen Ende einen reflektierenden Spiegel auf, welcher das Licht durch den Strahlteiler auf einen Spektrometeraufbau lenkt. An einem offenen Ende des Messarms befindet sich das Werkstück, welches das Messlicht streut. Das rückgestreute Licht passiert den Messarm in entgegengesetzter Richtung, wird über den Strahlteiler zum Spektrometer geleitet und interferiert hier mit dem Lichtanteil aus dem Referenzarm. Aus dem hierbei entstehenden und durch das Spektrometer abgebildete Interferenzmuster lässt sich mittels inverser Fouriertransformation ein eindimensionales Tomographiebild bestimmen, dessen Tiefeninformationen sich entlang der optischen Achse des Messarms erstreckt. Der Messbereich eines bei der Laserbearbeitung verwendeten optischen Kohärenztomographen kann im niedrigen zweistelligen Millimeterbereich liegen, die zeitliche Auflösung zur Erzeugung eines Tomographiebildes kann bis zu einigen 100 kHz reichen, die räumliche Auflösung kann bei einigen 10 µm liegen. Das Messlicht des optischen Kohärenztomographen wird koaxial zum Laserstrahl in eine Fokussieroptik, bzw. eine Bearbeitungsoptik eingekoppelt. Da eine einzelne Messung eines optischen Kohärenztomographen ein zu der optischen Achse orthogonales Schnittbild bei einer definierten Distanz erzeugt, kann der Messarm des optischen Kohärenztomographen zur Erzeugung eines Oberflächenprofils z.B. durch einen Spiegelscanner ausgelenkt werden.An optical coherence tomograph implements an interferometric measuring method for optical distance measurement. Polychromatic light from a superluminescence diode with a short coherence length is guided into a reference arm and a measuring arm using a beam splitter. The measuring arm has a reflecting mirror at its end, which directs the light through the beam splitter onto a spectrometer assembly. The workpiece, which scatters the measuring light, is located at an open end of the measuring arm. The backscattered light passes the measuring arm in the opposite direction, is guided via the beam splitter to the spectrometer and here interferes with the light component from the reference arm. A one-dimensional tomographic image can be determined from the resulting interference pattern and imaged by the spectrometer using inverse Fourier transformation, the depth information of which extends along the optical axis of the measuring arm. The measuring range of an optical coherence tomograph used in laser processing can be in the low two-digit millimeter range, the temporal resolution for generating a tomographic image can reach up to a few 100 kHz, the spatial resolution can be a few 10 µm. The measuring light of the optical coherence tomograph is coupled coaxially to the laser beam into focusing optics or processing optics. Since a single measurement of an optical coherence tomograph generates a sectional image that is orthogonal to the optical axis at a defined distance, the measuring arm of the optical coherence tomograph can be deflected by a mirror scanner, for example, to generate a surface profile.
Der optische Kohärenztomograph kann zum Ermitteln der Gefährdung durch einen Freistrahl, zur Erfassung der Fokuslage und/oder zur indirekten Bestimmung der Gefährdung durch einen Strahldurchtritt eingesetzt werden, indem die Distanzmessung mit dem vorbestimmten Fehlerwert des jeweiligen Fehlerereignisses verglichen wird.The optical coherence tomograph can be used to determine the risk from a free beam, to detect the focus position and/or to indirectly determine the risk from a beam penetration by comparing the distance measurement with the predetermined error value of the respective error event.
Der Messbereich-Nullpunkt des optischen Kohärenztomographen ist vorzugsweise über das gesamte Bearbeitungsfeld der scannenden Optik deckungsgleich mit einem Fokus des Laserstrahls oder wird rechnerisch auf den Fokus bezogen, bzw. dem Fokus nachgeführt.The zero point of the measuring range of the optical coherence tomograph is preferably congruent with a focus of the laser beam over the entire processing field of the scanning optics or is related to the focus by calculation or is tracked to the focus.
Zum Ermitteln der Gefährdung durch einen Freistrahl erzeugt der optische Kohärenztomograph vor Prozessbeginn zumindest ein, insbesondere mehrere, Tomographiebilder entlang der optischen Achse des Bearbeitungslaserstahls. Ist innerhalb des gesamten axialen Messbereichs des optischen Kohärenztomographen kein Werkstück detektierbar, wird die Laserbearbeitung durch die Steuerung verhindert. Alternativ oder zusätzlich kann ein Linienprofil oder ein beliebiges anderes Muster gescannt werden. Dieselbe Betrachtung kann während der Laserbearbeitung stattfinden. In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die Laserbearbeitung durch die Steuerung abgebrochen wird, falls für einen vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 100 Millisekunden, kein Werkstück in der zumindest einen Tomographieabild erkennbar ist.To determine the risk of a free jet, the optical coherence tomograph generates at least one, in particular multiple, tomographic images along the optical axis of the processing laser beam. If no workpiece can be detected within the entire axial measuring range of the optical coherence tomograph, the laser processing is prevented by the control. Alternatively or additionally, a line profile or any other pattern can be scanned. The same consideration can take place during laser processing. In this case, it can be provided that the laser processing is aborted by the controller if no workpiece is recognizable in the at least one tomographic image for a predetermined period of time, for example 100 milliseconds.
Um sicherzustellen, dass der Messbereich des optischen Kohärenztomographen nicht ungewollt eine Komponente der Laserbearbeitungsmaschine oder den passiven Laserschutz erfasst, wodurch das Werkstück fälschlicherweise als korrekt positioniert interpretiert werden könnte, kann der Bewegungsraum der scannenden Optik des optischen Kohärenztomographen eingeschränkt werden.In order to ensure that the measuring range of the optical coherence tomograph does not unintentionally cover a component of the laser processing machine or the passive laser protection, which could result in the workpiece being misinterpreted as correctly positioned, the movement space of the scanning optics of the optical coherence tomograph can be restricted.
Das Bestimmen der Gefährdung durch eine Falsche Fokuslage kann im Wesentlichen analog stattfinden, jedoch mit dem Unterschied, dass sich das Werkstück innerhalb eines vorbestimmten Distanzbereichs innerhalb des Messbereichs des optischen Kohärenztomographen befinden muss.The determination of the hazard due to an incorrect focus position can take place essentially analogously, but with the difference that the workpiece must be located within a predetermined distance range within the measuring range of the optical coherence tomograph.
Zur Ermittlung der Gefährdung durch einen Strahldurchtritt kann der optische Kohärenztomograph eine Bearbeitungstiefe durch den Laserstrahl an dem Werkstück messen. Hierzu werden vorzugsweise mehrere Tomographiebilder entlang der Laserstrahlachse in jeder Fokuslage erzeugt. Wird ein vorbestimmter Fehlerwert der maximalen Bearbeitungstiefe, beispielsweise 80 % einer Tiefe des Werkstücks, für einen vorzubestimmenden Zeitraum, beispielsweise 100 Millisekunden überschritten, kann die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen werden. Ebenso kann die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen werden, wenn aus einem der Tomographiebilder eine Durchgangsausnehmung an dem Werkstück, d.h. eine Öffnung an der von dem Bearbeitungskopf abgewandten Rückseite des Werkstücks ermittelt wird.The optical coherence tomograph can measure the depth of processing by the laser beam on the workpiece to determine the risk of a beam passing through. For this purpose, several tomographic images are preferably generated along the laser beam axis in each focal position. If a predetermined error value of the maximum machining depth, for example 80% of a depth of the workpiece, is exceeded for a period of time to be predetermined, for example 100 milliseconds, the laser machining can be interrupted and/or aborted. Likewise, the laser processing can be interrupted and/or aborted if a through-hole in the workpiece, i.e. an opening on the rear side of the workpiece facing away from the processing head, is determined from one of the tomographic images.
Bei der Thermographiekamera kann mittels eines Matrixsensors eine optische Abbildung der Wärmeabstrahlung des Bearbeitungsbereichs auf einer Sensorebene erzeugt werden. Der Bearbeitungsbereich des Werkstücks kann hierbei von einer Wärmequelle angestrahlt werden und diese in Richtung des Matrixsensors reflektieren oder der Bearbeitungsbereich kann selbst Wärmeabstrahlung emittieren. Die emittierte Wärmeabstrahlung wird dabei vorzugsweise im Nahinfrarot- oder Infrarot-Wellenlängenbereich gemessen.With the thermal imaging camera, an optical image of the heat radiation of the processing area can be generated on a sensor level by means of a matrix sensor. The processing area of the workpiece can be irradiated by a heat source and reflect this in the direction of the matrix sensor, or the processing area itself can emit heat radiation. The heat radiation emitted is preferably measured in the near infrared or infrared wavelength range.
Die Thermographiekamera kann koaxial in den Strahlengang der Laserbearbeitungsoptik eingebracht und auf den Bearbeitungsbereich ausgerichtet werden. Mittels der Thermographiekamera kann die während der Laserbearbeitung ausgestrahlte Wärmeabstrahlung des Werkstücks gemessen werden. Die Thermographiekamera kann beispielsweise einen InGaAs-Bildchip, mit einem Messbereich für Wellenlängen mit mehr als 1000 Nanometer oder einen Si-Bildchip mit einem Messbereich für Wellenlängen mit mehr als 500 Nanometer aufweisen. Insbesondere in letzterem Fall kann vorgesehen sein, dass störende Anteile der Wärmestrahlung durch Verwenden eines Bandpassfilters ausgeblendet werden. Beispielsweise kann ein rotes Leuchten bis ca. 650nm bei Eisenwerkstoffen oder eine Bearbeitungsstrahlung des Laserstrahls als störende Anteile bei der Messung der Wärmeabstrahlung durch einen Bandpassfilter ausgeblendet werden.The thermographic camera can be placed coaxially in the beam path of the laser processing optics and aligned with the processing area. The thermal radiation emitted by the workpiece during laser processing can be measured using the thermal imaging camera. The thermal imaging camera can have, for example, an InGaAs image chip with a measuring range for wavelengths of more than 1000 nanometers or a Si image chip with a measuring range for wavelengths of more than 500 nanometers. In the latter case in particular, provision can be made for interfering portions of the thermal radiation to be masked out by using a bandpass filter. For example, a red glow up to approx. 650nm in ferrous materials or a processing radiation of the laser beam as disturbing components in the measurement of heat radiation can be masked out by a bandpass filter.
Die Thermographiekamera kann beispielsweise zum Ermitteln der Gefährdung durch die Fehlerereignisse Strahldurchtritt, Fehlerhaftes Einkoppeln und/oder Strahlabriss verwendet werden und wird im Folgenden näher erläutert.The thermal imaging camera can be used, for example, to determine the risk from the error events beam passage, faulty coupling and/or beam breakage and is explained in more detail below.
Zum Ermitteln der Gefährdung durch das Fehlerereignis Strahldurchtritt kann die Wärmeabstrahlung in einem Zentrum des Laserbearbeitungsbereichs durch die Thermographiekamera gemessen werden. Um Bewegungsunschärfen, insbesondere durch eine Keyholedynamik zu reduzieren, können in diesem Fall kurze Belichtungszeiten im Mikrosekundenbereich, beispielsweise von fünf bis zwanzig Mikrosekunden, vorgesehen sein. Bei dem Fehlerereignis Strahldurchtritt weist das Werkstück eine bis zur Rückseite des Blechs ausgebildete Durchgangsausnehmung auf, die in einem Thermographiebild als ein, insbesondere kreisförmiger, Abbildungsbereich mit verminderter Wärmeabstrahlung dargestellt ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen wird, wenn dieser Abbildungsbereich für einen vorbestimmten Zeitraum und/oder in einer vorbestimmten Anzahl aufeinanderfolgender Thermographiebilder ersichtlich ist.To determine the risk from the error event of beam passage, the thermal radiation in a center of the laser processing area can be measured by the thermal imaging camera. In order to reduce motion blur, in particular due to keyhole dynamics, short exposure times in the microsecond range, for example five to twenty microseconds, can be provided in this case. In the case of the error event of beam passage, the workpiece has a through-hole formed up to the rear side of the metal sheet, which is shown in a thermographic image as an, in particular circular, imaging area with reduced heat emission. For example, it can be provided that the laser processing is interrupted and/or aborted if this imaging area is visible for a predetermined period of time and/or in a predetermined number of consecutive thermographic images.
Zum Ermitteln der Gefährdung durch Fehlerhaftes Einkoppeln kann die Auswertungseinheit die Thermographiebilder der Thermographiekamera mit Bezug auf eine zeitliche Entwicklung der Wärmeabstrahlung aus dem Schmelzbad nach Aktivieren des Laserstrahls auswerten. Ist beispielsweise an einem definierten Zeitpunkt, beispielsweise zehn Millisekunden nach Beginn der Laserbearbeitung, keine ausreichende Wärmestrahlung bzw. Strahlungsintensität eines ausreichend großen Bereichs auf dem Werkstück erkennbar, kann die Laserbearbeitung abgebrochen werden.To determine the risk of incorrect coupling, the evaluation unit can evaluate the thermographic images of the thermographic camera with reference to a chronological development of the heat radiation from the molten pool after activation of the laser beam. If, for example, at a defined point in time, for example ten milliseconds after the start of the laser processing, there is insufficient thermal radiation or radiation intensity of a sufficiently large area visible on the workpiece, the laser processing can be aborted.
Zum Ermitteln der Gefährdung durch Strahlabriss kann die Auswertungseinheit die Thermographiebilder der Thermographiekamera hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs der Wärmeabstrahlung während der Laserbearbeitung auswerten. Wird beispielsweise einmalig und/oder wiederholt für einen vorbestimmten Zeitraum, vorzugsweise von 50 Millisekunden, eine sinkende und/oder zu geringe Wärmeabstrahlung bzw. Strahlungsintensität in dem Schmelzbad festgestellt, kann die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen werden.To determine the risk of beam breakage, the evaluation unit can evaluate the thermographic images of the thermographic camera with regard to a time course of the heat radiation during the laser processing. If, for example, decreasing and/or insufficient heat emission or radiation intensity is detected in the molten bath once and/or repeatedly for a predetermined period of time, preferably 50 milliseconds, the laser processing can be interrupted and/or aborted.
Das Pyrometer kann zum Messen der von dem Werkstück ausgestrahlten oder reflektierten Wärmestrahlung ohne Ortsauflösung, jedoch mit der Möglichkeit zur örtlichen Einschränkung des Messbereichs auf dem Werkstück, beispielsweise mittels eines sogenannten Messflecks und/oder Messrings verwendet werden. The pyrometer can be used to measure the thermal radiation emitted or reflected by the workpiece without spatial resolution, but with the option of locally limiting the measuring range on the workpiece, for example by means of a so-called measuring spot and/or measuring ring.
Zur örtlichen Einschränkung des Messbereichs kann eine abbildende Optik vorgesehen sein, welche die vom Messbereich erfasste Wärmeabstrahlung zur Auswertung faseroptisch auf eine Photodiodenanordnung mit hohem Dynamikumfang leitet.In order to locally limit the measurement area, imaging optics can be provided, which conduct the heat radiation recorded by the measurement area to a photodiode arrangement with a high dynamic range for evaluation using fiber optics.
Die von dem Werkstück emittierte Wärmeabstrahlung kann in einem beliebigen Spektralbereich variieren und ist insbesondere zur vierten Potenz der Temperatur proportional. Um einen möglichst großen Intensitäts- bzw. Temperaturbereich abzudecken, besitzt die Photodiodenanordnung vorzugsweise einen hohen Dynamikumfang. Die zu betrachtenden Spektralbereiche können dabei in ihrer Breite, ihrer Lage (VIS für hohe Temperaturen, NIR & FIR für geringe Temperaturen) und in der Anzahl (Einfarbenpyrometer, Quotientenpyrometer oder Vielfarbenpyrometer zur Temperaturbestimmung) variieren. Im einfachsten Fall kann das Messen mittels Pyrometer durch Ausbildung einer Photodiode mit nachgelagertem Verstärker erfolgen, wobei die Photodiode im Laserstrahl angeordnet ist, um die von dem Bearbeitungsbereich emittierte Wärmeabstrahlung über die Lichtleitfaser des Bearbeitungslasers zu empfangen. Eine Öffnung der Lichtleitfaser kann in Verbindung mit der abbildenden (Fokussier-)Optik als konfokaler Raumfilter verwendet werden, wobei vorteilhafter Weise in diesem Fall lediglich die Wärmeabstrahlung zur Photodiode geleitet wird, welche im oder nahe am Fokus des Laserstrahls emittiert wird.The thermal radiation emitted by the workpiece can vary in any spectral range and is in particular proportional to the fourth power of the temperature. In order to cover as large an intensity or temperature range as possible, the photodiode arrangement preferably has a high dynamic range. The spectral ranges to be considered can vary in their width, their position (VIS for high temperatures, NIR & FIR for low temperatures) and in number (single-color pyrometer, quotient pyrometer or multi-color pyrometer for temperature determination). In the simplest case, the measurement can be carried out using a pyrometer by forming a photodiode with a downstream amplifier, the photodiode being arranged in the laser beam in order to receive the heat radiation emitted by the processing area via the optical fiber of the processing laser. An opening of the optical fiber can be used in conjunction with the imaging (focusing) optics as a confocal spatial filter, in which case advantageously only the heat radiation emitted at or near the focus of the laser beam is directed to the photodiode.
Das Pyrometer kann beispielsweise zum Ermitteln der Gefährdung durch die Fehlerereignisse Fehlerhaftes Einkoppeln, Strahlabriss und/oder Laserfreistrahl verwendet werden.The pyrometer can be used, for example, to determine the risk from the fault events of faulty coupling, beam breakage and/or laser free beam.
Vorzugsweise wird zum Ermitteln der Gefährdung durch Fehlerhaftes Einkoppeln und/oder Strahlabriss das Prinzip der Einfarben-Pyrometrie in analoger Vorgehensweise zur Thermographie verwendet. Beispielsweise kann die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen werden, wenn durch die Auswertungseinheit in einem vorbestimmten Zeitpunkt, beispielsweise zehn Millisekunden nach Beginn der Laserbearbeitung, eine gegenüber einer ordnungsgemäßen Laserbearbeitung verminderte Wärmeabstrahlung im Bearbeitungsbereich gemessen wird.Preferably, the principle of single-color pyrometry is used in an analogous procedure to thermography to determine the risk of incorrect coupling and/or jet breakage. For example, the laser processing can be interrupted and/or aborted if the evaluation unit measures reduced heat radiation in the processing area compared to proper laser processing at a predetermined point in time, for example ten milliseconds after the start of the laser processing.
Weiter vorzugsweise kann die Laserbearbeitung beim Ermitteln des Fehlerereignisses Strahlabriss unterbrochen und/oder abgebrochen werden, wenn die vom Bearbeitungsbereich ausgehende Wärmestrahlung bzw. Strahlungsintensität einmalig oder wiederholt für einen gewissen Zeitraum einen als Minimum vorbestimmten Fehlerwert unterschreitet.More preferably, the laser processing can be interrupted and/or aborted when the error event beam breakage is determined if the thermal radiation or radiation intensity emanating from the processing area falls below an error value predetermined as a minimum once or repeatedly for a certain period of time.
Alternativ oder zusätzlich zu der vorhergehend beschriebenen Anwendung des Prinzips der Einfarben-Pyrometrie kann eine zur Temperaturbestimmung vorgesehene Mehrfarbenpyrometrie verwendet werden. Beispielsweise kann bei Anwendung der Mehrfarbenpyrometrie die zeitabhängig gemessene Temperatur des Werkstücks einer Temperatur des Schmelzbades auf dem Werkstück gegenübergestellt werden. Die vorbeschriebenen Fehlerereignisse können durch die Auswertungseinheit ermittelt werden, wenn das Werkstück über den als Schmelztemperatur des Werkstücks vorbestimmten Fehlerwert erwärmt wird. Andernfalls kann die Laserbearbeitung unterbrochen und/oder abgebrochen werden.As an alternative or in addition to the previously described application of the principle of single-color pyrometry, multi-color pyrometry provided for temperature determination can be used. For example, when using multicolor pyrometry, the temperature of the workpiece measured as a function of time can be compared with a temperature of the molten pool on the workpiece. The error events described above can be determined by the evaluation unit when the workpiece is heated above the error value predetermined as the melting temperature of the workpiece. Otherwise the laser processing can be interrupted and/or aborted.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung. Erfindungsgemäß können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen, zweckmäßigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further features and advantages of the invention result from the description, the claims and the drawing. According to the invention, the features mentioned above and those detailed below can each be used individually or collectively in any desired, expedient combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.
Figurenlistecharacter list
-
1 zeigt eine Laserbearbeitungsmaschine und eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung mit einem passiven und einem aktiven Laserschutz in einer schematischen, perspektivischen Ansicht.1 shows a laser processing machine and a laser radiation protection device with a passive and an active laser protection in a schematic, perspective view. -
2 zeigt einen schematisch dargestellten Messaufbau einer Überwachungssensorik des aktiven Laserschutzes an der Laserbearbeitungsmaschine aus1 zum Messen einer Prozessgröße.2 shows a schematic measurement setup of a monitoring sensor system of the active laser protection at the laser processing machine off1 for measuring a process variable. -
3 zeigt eine schematische Ansicht eines Laserstrahl-Strahlengangs und eines Messstrahlen-Strahlengangs.3 shows a schematic view of a laser beam beam path and a measuring beam beam path. -
4 zeigt einen schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens.4 shows a schematic sequence of the method according to the invention.
Die Anordnung 10 weist zudem eine Laserstrahlungsschutzvorrichtung mit einem passiven Laserschutz 34 und einem aktiven Laserschutz 36 auf. Der passive Laserschutz 34 weist beispielhaft eine Strahlungsschutzwand 38 auf. Ebenso kann vorgesehen sein, dass der passive Laserschutz 34 alternativ oder zusätzlich weitere Strahlungsschutzwände 38 oder eine Laserschutzkabine (nicht gezeigt) aufweist. Der passive Laserschutz 34 ist zum Blockieren von in eine Umgebung 40 der Laserbearbeitungsmaschine 12 austretender Laserstrahlung 42 ausgebildet. Hierdurch kann eine Gefährdung eines in der Umgebung 40 befindlichen Gegenstands (nicht gezeigt) und/oder einer Person (nicht gezeigt) verhindert werden.The
Der aktive Laserschutz 36 weist eine Überwachungssensorik 44, eine Auswertungseinheit 46 und eine Steuerung 48 auf. Die Überwachungssensorik 44 ist in der Darstellung gemäß
Der Laserstrahl 22 - hier durch gestrichelte Linien dargestellt - wird von dem Laserstrahlerzeuger 16 (siehe
Der Umlenkspiegel 24 reflektiert dabei den einfallenden Laserstrahl 22 und transmittiert für die Messung der Prozessgröße relevante, von dem Bearbeitungsbereich 52 her kommende, Messstrahlung 56.The
In der Überwachungssensorik 44 ist hinter dem teildurchlässigen Umlenkspiegel 24 ein weiterer Umlenkspiegel 58 angeordnet, welcher die Messstrahlung 56 auf ein Messmittel 60 umlenkt. Bei dem Messmittel 60 kann es sich beispielsweise um einen optischen Kohärenztomographen, eine Thermographiekamera oder ein Pyrometer handeln. Ferner kann der parallele Einsatz mehrerer Messmittel 60 vorgesehen sein. Das Messmittel 60 kann durch den weiteren Umlenkspiegel 58 koaxial zu einer Laserstrahlachse 62 bzw. zur Verlängerung 62a der Laserstrahlachse 60 und somit richtungsunabhängig ausgerichtet sein.A further deflection mirror 58 is arranged in the
Für eine verbesserte Aufnahme kann gemäß der gezeigten Darstellung zwischen dem teildurchlässigen Spiegel 24 und dem Messmittel 60 ein in
Zudem kann gemäß dem in
Das Messmittel 60 ist gemäß dem in
Zum besseren Verständnis des aktiven Laserschutzes 36 wird im Folgenden die Funktionsweise anhand eines Beispiels näher erläutert. Beispielsweise ist das Messmittel 60 als eine Thermographiekamera ausgebildet. Die Messstrahlung 56 ist in diesem Fall eine vom Werkstück 14 emittierte Wärmeabstrahlung im Bearbeitungsbereich 52 des Laserstrahls 22. Durch die Thermographiekamera wird aus der gemessenen Wärmeabstrahlung eine thermische
In
Das Werkstück 14 weist zudem ein Schmelzbad 78 auf, welches sich asymmetrisch um ein durch den Laserstrahl 22 ausgebildetes Laserbearbeitungszentrum ausgebildet ist. Der Bearbeitungsbereich 52 weist mithin an einer dem Bearbeitungskopf 18 zugewandten Seite des Werkstücks 14 eine ebene Ausdehnung 80 auf, die eine Ausdehnung des Schmelzbades 38 sowie das Laserbearbeitungszentrum umfasst.The
In einem ersten Verfahrensschritt „Messen einer Prozessgröße“ 84 wird die zumindest eine Prozessgröße in dem Bearbeitungsbereich 52 (siehe
Beispielsweise kann ein Messmittel 60 als optischer Kohärenztomograph ausgebildet sein, wobei der optische Kohärenztomograph zum Messen einer Distanz zwischen dem Bearbeitungskopf 18 und dem Werkstück 14 eingerichtet ist. Vorzugsweise ist der optische Kohärenztomograph zum Erstellen von einer Vielzahl von Tomographiebildern entlang der Laserstrahlachse 62 ausgebildet, wobei jedes Tomographiebild eine zur Laserstrahlachse 62 orthogonale Querschnittsabbildung des Bearbeitungsbereichs 52 darstellt. Die Tomographiebilder werden dabei mit bekannter Beabstandung von dem Bearbeitungskopf 18 aufgenommen. Die Tomographiebilder können anschließend in der Auswertungseinheit 46 grafisch ausgewertet werden, wobei die Beabstandung derjenigen Tomographiebilder für eine Messung der Distanz zwischen Bearbeitungskopf 18 und Werkstück 14 von Bedeutung ist, bei der die Tomographiebilder das Werkstück 14 erkennen lassen. Hierdurch kann die Distanz des Werkstücks 14 zum Bearbeitungskopf 18 ermittelt werden.For example, a measuring
In einem weiteren Verfahrensschritt „Vergleichen der Prozessgröße mit einem Fehlerwert“ 86 wird die gemessene Prozessgröße mit zumindest einem vorbestimmten Fehlerwert verglichen.In a further method step “comparing the process variable with an error value” 86, the measured process variable is compared with at least one predetermined error value.
Gemäß dem Beispiel kann somit die gemessene Distanz zwischen Bearbeitungskopf 18 und Werkstück 14 mit zumindest einem vorbestimmten Abstandswert, der symptomatisch für ein Fehlerereignis ist, verglichen werden. Beispielsweise können unterschiedliche Abstandswerte für das Fehlerereignis Freistrahl sowie das Fehlerereignis Falsche Fokuslage vorbestimmt sein. Während bei dem Fehlerereignis Freistrahl geprüft wird, ob sich das Werkstück 14 innerhalb eines von der Laserbearbeitungsmaschine bereitgestellten Fertigungsabstand befindet, wird beim Ermitteln des Fehlerereignisses Falsche Fokuslage geprüft, ob sich das Werkstück 14 in der Fokuslage 76 befindet.According to the example, the measured distance between the machining
In einem anschließenden Verfahrensschritt „Ermitteln eines Fehlerereignisses“ 88 wird durch die Auswertungseinheit 46 ermittelt, ob ein Fehlerereignis eingetreten ist.In a subsequent method step “determining an error event” 88, the
Gemäß der Darstellung in
In einem weiteren Verfahrensschritt „Einleiten einer Sicherheitsmaßnahme“ 90 wird sodann eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet, sofern im Schritt 88 ein Fehlereignis erkannt wurde. Hierbei kann die Steuerung 48 zum Eingreifen in die Maschinensteuerung 30 der Laserbearbeitungsmaschine 12 eingerichtet sein. Es sei angemerkt, dass die Steuerung 48 und die Maschinensteuerung 30 integral miteinander ausgebildet sein können. Auch die Auswertungseinheit 48 kann integriert sein.In a further method step “initiating a security measure” 90, a security measure is then initiated if a faulty event was detected in
Die Art der eingeleiteten Sicherheitsmaßnahme kann abhängig von dem ermittelten Fehlerereignis sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass beim Ermitteln des Fehlerereignisses Falsche Fokuslage lediglich die Fokuslage 76 an der Maschinensteuerung 30 durch die Steuerung 48 geändert wird. Bei dem Fehlerereignis Strahldurchtritt kann dagegen ein Unterbrechen des Laserstrahls 22 und/oder die Unterbrechung der Energieversorgung durch die Steuerung 48 vorgesehen sein.The type of safety measure introduced can depend on the error event that has been determined. For example, it can be provided that only the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Anordnungarrangement
- 1212
- Laserbearbeitungsmaschinelaser processing machine
- 1414
- Werkstückworkpiece
- 1616
- Laserstrahlerzeugerlaser beam generator
- 1818
- Bearbeitungskopfprocessing head
- 2020
- Werkstückauflageworkpiece support
- 2222
- Laserstrahllaser beam
- 2424
- Umlenkspiegeldeflection mirror
- 2626
- Fokussieroptikfocusing optics
- 2828
- Arbeitsgasworking gas
- 3030
- Maschinensteuerungmachine control
- 3232
- Bearbeitungslinieediting line
- 3434
- Passiver LaserschutzPassive laser protection
- 3636
- Aktiver LaserschutzActive laser protection
- 3838
- Strahlungsschutzwandradiation protection wall
- 4040
- UmgebungVicinity
- 4242
- Laserstrahlunglaser radiation
- 4444
- Überwachungssensorikmonitoring sensors
- 4646
- Auswertungseinheitevaluation unit
- 4848
- Steuerungsteering
- 5050
- Messaufbaumeasurement setup
- 5252
- Bearbeitungsbereichediting area
- 5454
- Bearbeitungsdüseprocessing nozzle
- 5656
- Messstrahlenmeasuring beams
- 5858
- Weiterer UmlenkspiegelAnother deflection mirror
- 6060
- Messmittelmeasuring equipment
- 6262
- Laserstrahlachselaser beam axis
- 62a62a
-
Verlängerung der Laserstrahlachse 62;extension of the
laser beam axis 62; - 6464
- Fokussierendes optisches SystemFocusing optical system
- 6666
- Filterfilter
- 6868
- Positioniersystempositioning system
- 7070
- Thermische AbbildungThermal mapping
- 72a72a
- Innerer Temperaturbereichinternal temperature range
- 72b72b
- Äußerer TemperaturbereichExternal temperature range
- 7474
- Fokusfocus
- 7676
- Fokuslagefocal position
- 7878
- Schmelzbadmelt pool
- 8080
-
Ebene Ausdehnung des Bearbeitungsbereichs 52;Planar extent of the
machining area 52; - 8282
- Betriebsverfahrenoperating procedures
- 8484
- Verfahrensschritt „Messen einer Prozessgröße“Method step "Measurement of a process variable"
- 8686
- Verfahrensschritt „Vergleichen der Prozessgröße mit einem Fehlerwert“Method step "Comparing the process variable with an error value"
- 8888
- Verfahrensschritt „Ermitteln eines Fehlerereignisses“Method step "Determining an error event"
- 9090
- Verfahrensschritt „Einleiten einer Sicherheitsmaßnahme“Process step "Initiating a security measure"
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturNon-patent Literature Cited
- DIN EN ISO 13849-1 [0031]DIN EN ISO 13849-1 [0031]
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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---|---|---|---|
DE102022101118.6A DE102022101118A1 (en) | 2022-01-19 | 2022-01-19 | Operating method for a laser processing machine and laser protection device |
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ID=86990537
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---|---|
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Citations (4)
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-
2022
- 2022-01-19 DE DE102022101118.6A patent/DE102022101118A1/en active Pending
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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DIN EN ISO 13849-1 |
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Legal Events
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