Die
Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung
für Strahleinrichtungen,
insbesondere Remotelaser, zur Bearbeitung von Werkstücken mit mindestens
einem Strahl, insbesondere einem Laserstrahl und den Merkmalen im
Oberbegriff des Hauptanspruchs.The
The invention relates to a monitoring device
for jet facilities,
in particular remotely laser, for machining workpieces with at least
a beam, in particular a laser beam and the features in
Preamble of the main claim.
Für langbrennweitige
Lasereinrichtungen, sogenannte Remotelaser, ist es wegen der großen Arbeitsabstände, z.B.
ca. 500 mm bis 2000 mm, schwierig, den Strahlbearbeitungsprozess
zu steuern und zu überwachen.
Dies betrifft sowohl die Positionsüberwachung des Fokuspunktes
des Strahls am Werkstück,
als auch den Prozess selbst. Für
kurzbrennweitige Laserapplikationen gibt es integrierte Lösungen,
die sich aber auf langbrennweitige Applikationen nicht übertragen
lassen.For long-distilled
Laser devices, so-called remotely laser, it is because of the large working distances, e.g.
about 500 mm to 2000 mm, difficult, the beam processing process
to control and monitor.
This affects both the position monitoring of the focus point
the beam on the workpiece,
as well as the process itself. For
short-focal length laser applications, there are integrated solutions,
but they do not transfer to long-burning applications
to let.
Die DE 10 2004 045 408
A1 offenbart einen Laserkopf mit einem am Kopf angebauten
Detektionssystem zur Bestimmung der Position und/oder Winkelausrichtung
des Laserkopfes. Das Detektionssystem kann aus zwei oder mehr Kameras
in versetzter Anordnung bestehen. Ferner können Sende- und Empfangselemente
für elektromagnetische
Wellen vorhanden sein, die Spulen einsetzen und wie ein Navigationssystem
(z.B. GPS) funktionieren. Eine weitere Variante arbeitet mit Ultraschallsende-
und Empfangselementen.The DE 10 2004 045 408 A1 discloses a laser head having a head-mounted detection system for determining the position and / or angular orientation of the laser head. The detection system may consist of two or more cameras in a staggered arrangement. Furthermore, transmit and receive elements for electromagnetic waves can be present, use the coils and how a navigation system (eg GPS) work. Another variant works with ultrasound transmitting and receiving elements.
Aus
der DE 10 2004
043 076 A1 ist ein Laserkopf mit zwei gegenüberliegend
fest angebauten Kameras bekannt, die schräg auf die Bearbeitungsstelle
gerichtet und ggf. mit einer zusätzlichen
Beleuchtungsvorrichtung ausgerüstet
sind. Die Ausbildung und Anordnung der Beleuchtung sind nicht näher beschrieben,
wobei in der Zeichnungen nur Lichtstrahlen angedeutet sind. Eine
Beleuchtung soll in Verbindung mit einer Schattenbildung das Erkennen von
geometrischen Merkmalen, z.B. Werkstückkanten, Flanschen etc., ermöglichen.
Die Kameras dienen zur Prozessbeobachtung und Nahtkontrolle anhand
des emittierten Laser-Arbeitsstrahls oder eines Pilotstrahls und
können
ein eingebautes Fadenkreuz haben. Sie wirken außerdem mit einem Zoomobjektiv bzw.
einer Brennweitenverstellung zusammen. Das Kamerasystem arbeitet
nach dem Triangulationsverfahren.From the DE 10 2004 043 076 A1 is a laser head with two oppositely fixed mounted cameras known, which are directed obliquely to the processing site and optionally equipped with an additional lighting device. The design and arrangement of the lighting are not described in detail, wherein in the drawings only light rays are indicated. Illumination, in conjunction with shadowing, should enable the recognition of geometric features, eg, workpiece edges, flanges, etc. The cameras are used for process observation and seam inspection based on the emitted laser working beam or a pilot beam and can have a built-in crosshairs. They also work together with a zoom lens or a focal length adjustment. The camera system works according to the triangulation method.
Die DE 103 35 501 A1 befasst
sich mit einer im Laserkopf eingebauten Sensorik zur Beobachtung der
Prozessstelle. Die im Laserkopf integrierte Sensoreinrichtung arbeitet
mit dem vorhandenen Laserstrahl und blickt in dessen Strahlengang.The DE 103 35 501 A1 deals with a built-in laser sensor for monitoring the process site. The integrated in the laser head sensor device works with the existing laser beam and looks into the beam path.
Die
JP 61-108 484 A ist auf eine Überwachungseinrichtung
für die
Einstellung des korrekten Arbeitsabstands eines Laserkopfes gerichtet
und beinhaltet eine in der Düse
des Laserkopfes eingebaute und im vorderen Düsenende integrierte Projektionseinrichtung
für einen
sichtbaren Strahl und eine gegenüberliegend
angeordnete Sensorik zur Erfassung und Auswertung des auf dem Werkstück entstehenden
Lichtpunktes. Dabei sind mehrere solcher Projektions- und Sensoreinheiten
rund um dem Laserstrahl verteilt angeordnet.The
JP 61-108 484 A is directed to a monitoring device
for the
Setting the correct working distance of a laser head
and includes one in the nozzle
the laser head built and integrated in the front nozzle end projection device
for one
visible beam and one opposite
arranged sensor for detection and evaluation of the resulting on the workpiece
Light spot. There are several such projection and sensor units
arranged distributed around the laser beam.
Aus
der Literaturstelle Klotzbach, A. "Sensor guided remote welding systems
für YAG-laser
applications" ist
ein Nahtverfolgungssystem zum Anbau an einen Laserschweißkopf bekannt.Out
the reference Klotzbach, A. "Sensor guided remote welding systems
for YAG laser
applications "is
a seam tracking system for attachment to a laser welding head known.
In
der JP 63-0600085 A ist eine Sensorik zur Ausrichtung eines Laserkopfes
in Normalenrichtung zum Werkstück
angesprochen. Drei Ultraschall-Entfernungssensoren sind rund um
den Laserkopf verteilt und messen die Entfernung zum Werkstück. Wenn
alle drei Sensoren die gleiche Entfernung angeben, ist der Laserkopf
normal zur Werkstückoberfläche ausgerichtet.In
JP 63-0600085 A is a sensor system for aligning a laser head
in the normal direction to the workpiece
addressed. Three ultrasonic distance sensors are around
distributed the laser head and measure the distance to the workpiece. If
All three sensors indicate the same distance is the laser head
aligned normal to the workpiece surface.
Die
gattungsfremde DE 34
20 330 C1 zeigt einen induktiven Sensor zur berührungslosen
und dreidimensionalen Positionserfassung von Löchern, Bohrungen, Bolzen, Nieten
oder dgl..The non-generic DE 34 20 330 C1 shows an inductive sensor for non-contact and three-dimensional position detection of holes, holes, bolts, rivets or the like ..
Die US 6,596,961 B2 offenbart
eine im Laserkopf eingebaute Überwachungseinrichtung,
die durch den Strahlengang blickt. Im Laserkopf sind Positionssensoren
und ein Prozessbeobachtungssensor eingebaut.The US 6,596,961 B2 discloses a built-in laser head monitoring device, which looks through the beam path. Position sensors and a process monitoring sensor are installed in the laser head.
Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine geeignete Überwachungseinrichtung
aufzuzeigen, die sich für
verschiedene Strahleinrichtungen, auch für solche mit längerer Brennweite,
einsetzen lässt.It
It is therefore an object of the present invention to provide a suitable monitoring device
to show that is for
various jet devices, even for those with a longer focal length,
can be used.
Die
Erfindung löst
diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.The
Invention solves
this task with the features in the main claim.
Die
am Strahlkopf anbaubare Sensoreinrichtung hat verschiedene Vorteile.
Einerseits ermöglicht sie
eine Nachrüstung
oder Umrüstung
vorhandener Strahleinrichtungen. Andererseits bietet sie die Möglichkeit
für eine
größere Basisbreite
zur Anordnung der Sensorik, was Messungen, insbesondere Triangulationsmessungen,
mit größerer Genauigkeit
und Sicherheit erlaubt. Dies ist insbesondere für Remotelaser von Vorteil,
auch wegen deren schnellen Bewegungsmöglichkeiten.The
can be attached to the jet head sensor device has several advantages.
On the one hand, it allows
a retrofit
or retrofitting
existing jet facilities. On the other hand, it offers the possibility
for one
larger base width
for the arrangement of the sensors, which measures, in particular triangulation measurements,
with greater accuracy
and security allowed. This is especially advantageous for remote lasers,
also because of their fast movement possibilities.
Ferner
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Sensoreinrichtung am Ausgang
der Strahloptik oder Laseroptik montierbar ist. Hierüber lässt sich auch
eine zentrische Anordnung gegenüber
der Strahlachse und der Rotationssymmetrie um diese Strahlachse
erreichen, so dass alle Verfahr- und Bewegungsrichtungen der Strahleinrichtungen
ohne Werkzeugumorientierung in Bahnrichtung möglich sind. Vorteilhaft ist
außerdem
die Möglichkeit,
die Sensoreinrichtung modular aufzubauen und ggf. mit Zusatzkomponenten
zu erweitern. Ein weiterer Vorteil ist die kompakte Bauweise und
die konzentrierte Einkoppelung der Sensoren am Ausgang der Strahloptik.Furthermore, it is particularly advantageous if the sensor device can be mounted at the output of the beam optics or laser optics. This also allows a centric arrangement with respect to the beam axis and the rotational symmetry to achieve this beam axis, so that all traversing and Be wegungsrichtungen the jet devices without tool reorientation in the web direction are possible. Another advantage is the ability to construct the sensor device modular and possibly expand with additional components. Another advantage is the compact design and the concentrated coupling of the sensors at the exit of the beam optics.
Der
Bildaufnehmer und die Projektionseinrichtung sind mit geeigneten
Verstelleinrichtungen versehen, um sie mit der Strahlrichtung bzw.
der Blickrichtung zum Auftreffpunkt ausrichten zu können. Die Überwachungseinrichtung
ist für
Strahleinrichtungen mit fester Brennweite geeignet. Bei einem Laserkopf
mit fester Brennweite der Laseroptik können die Verstelleinrichtung
in der justierten Position fixierbar sein. Die Überwachungseinrichtung lässt sich
aber auch auf Strahleinrichtungen mit variabler Brennweite adaptieren,
wobei im Betrieb die Nachführung
der Sensoreinrichtung über
die Stelleinrichtung möglich
ist.Of the
Imager and the projection device are suitable
Adjusting provided to provide them with the beam direction or
to be able to align the viewing direction to the point of impact. The monitoring device
is for
Radiation facilities with fixed focal length suitable. For a laser head
with fixed focal length of the laser optics, the adjustment
be fixable in the adjusted position. The monitoring device can be
but also adapt to variable focal length
being in operation tracking
the sensor device via
the adjusting device possible
is.
Die Überwachungseinrichtung
kann verschiedene Ausbildungen und Funktionen haben. Zum einen ist
eine Positionsüberwachung
für den
Fokuspunkt möglich.
Dies betrifft einerseits die Höhenlage
des Fokuspunktes oder Auftreffpunktes gegenüber dem Werkstück. Andererseits
kann mit der Positionsüberwachung
auch die Lage des Fokus- oder Auftreffpunktes in Seitenorientierung
gegenüber
der vorgesehenen Bahn oder Bearbeitungsstelle, z.B. einer Schweißkante,
erfasst werden. Als dritter Aspekt der Positionsüberwachung ist die Erfassung
der Neigung oder Orientierung zwischen dem Strahlkopf sowie dem
emittierten Strahl und dem Werkstück im Bereich der Auftreffstelle
möglich. Über die
Positionsüberwachung
kann eine Nachreglung des z.B. von einem Roboter oder dergl. beweglich
geführten
Strahlkopfes erfolgen.The monitoring device
can have different training and functions. For one thing is
a position monitoring
for the
Focus point possible.
On the one hand, this concerns the altitude
the focal point or point of impact with respect to the workpiece. on the other hand
can with the position monitoring
also the position of the focus or impact point in page orientation
across from
the intended track or processing station, e.g. a welding edge,
be recorded. The third aspect of position monitoring is detection
the inclination or orientation between the jet head and the
emitted beam and the workpiece in the impact area
possible. About the
position monitoring
For example, a readjustment of e.g. Movable by a robot or the like
out
Beam head done.
Mit
der Überwachungseinrichtung
ist auch eine Prozessüberwachung
möglich,
bei der über
den Strahlengang der Prozessort beobachtet wird. Hierfür ist es
günstig,
die Sensoreinrichtung mit einer Scannereinrichtung zu ergänzen. Über die
damit verbundene Strahlumlenkung kann mittels einer ebenfalls extern
anbaubaren Beobachtungssensorik in den Strahlengang geblickt werden.
Die Scanneinrichtung ermöglicht
weitere Strahlbeeinflussungen, z.B. eine fernsteuerbare Strahlablenkung
zum Pendeln und/oder Wobbeln des Strahls.With
the monitoring device
is also a process monitoring
possible,
at the over
the beam path of the processor is observed. This is it
Cheap,
to supplement the sensor device with a scanner device. About the
associated beam deflection can by means of a likewise external
attachable observation sensors can be looked into the beam path.
The scanning device allows
further beam influences, e.g. a remote controllable beam deflection
for commuting and / or wobbling the beam.
In
den Unteransprüchen
sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.In
the dependent claims
are further advantageous embodiments of the invention indicated.
Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:The
The invention is for example and schematically in the drawings
shown. In detail show:
1:
eine Laserstation mit einem robotergeführten Remotelaser und einer Überwachungseinrichtung, 1 a laser station with a robot-guided remotely laser and a monitoring device,
2:
eine schematische Draufsicht auf einen Laserkopf mit einer Überwachungseinrichtung, 2 FIG. 2: a schematic plan view of a laser head with a monitoring device, FIG.
3:
eine Variante zur 2 in Seitenansicht, 3 : a variant to 2 in side view,
4:
eine schematische Darstellung eines Positionsversatzes des Fokuspunktes
mit verschobenen Projektionsbild, 4 : a schematic representation of a positional offset of the focal point with shifted projection image,
5:
eine schematische Frontansicht einer Variante der Überwachungseinrichtung
für einen
Laserkopf mit variabler Brennweite und 5 FIG. 2 is a schematic front view of a variant of the monitoring device for a variable focal length laser head and FIG
6:
eine Schemadarstellung eines Regelkreises der Überwachungseinrichtung. 6 : a schematic representation of a control circuit control circuit.
Die
Erfindung betrifft eine Überwachungseinrichtung
(18) für
Strahleinrichtungen (7), insbesondere Laserstrahleinrichtungen
und speziell Remotelaser. Die Erfindung betrifft ferner eine mit
einer solchen Überwachungseinrichtung
(18) ausgerüstete Strahleinrichtung
(7) sowie eine Strahlbearbeitungsstation (1),
insbesondere eine Laserstation, die mit ein oder mehreren solcher
Strahleinrichtungen (7) nebst Überwachungseinrichtungen (18)
ausgerüstet ist.The invention relates to a monitoring device ( 18 ) for jet facilities ( 7 ), in particular laser beam devices and especially remotely laser. The invention further relates to a device with such a monitoring device ( 18 ) equipped jet device ( 7 ) and a beam processing station ( 1 ), in particular a laser station, which is equipped with one or more such beam devices ( 7 ) and monitoring devices ( 18 ) is equipped.
1 zeigt
eine solche Strahlbearbeitungsstation (1) in Form einer
Remote-Laserstation in einer schematischen Seitenansicht. Die Laserstation
(1) besteht aus mindestens einem Manipulator (2)
mit ein oder mehreren Bewegungsachsen, der z.B. als mehrachsiger
Industrieroboter ausgebildet ist. In der gezeigten Ausführungsform
handelt es sich um einen sechsachsigen Gelenkarmroboter mit einer
Roboterhand (3) und einer Robotersteuerung (4).
Die Laserstation (1) umfasst ferner mindestens eine Strahleinrichtung
(7), die hier als Remotelaser ausgebildet ist, der einen
großen
Arbeitsabstand von vorzugsweise mehr als 500 mm zu einem Werkstück (5)
aufweist. 1 shows such a beam processing station ( 1 ) in the form of a remote laser station in a schematic side view. The laser station ( 1 ) consists of at least one manipulator ( 2 ) with one or more axes of motion, which is designed, for example, as a multi-axis industrial robot. In the embodiment shown, it is a six-axis articulated arm robot with a robot hand ( 3 ) and a robot controller ( 4 ). The laser station ( 1 ) further comprises at least one jet device ( 7 ), which is designed here as a remote laser, a large working distance of preferably more than 500 mm to a workpiece ( 5 ) having.
Die
Strahleinrichtung (7) beinhaltet mindestens eine Strahlquelle
(8), insbesondere eine Laserquelle, die über eine
geeignete Leitung (9), z.B. ein flexibles Lichtleitkabel
mit einem an der Hand (3) angeordneten. Strahlkopf (10),
insbesondere einem Laserkopf, verbunden ist. Die Strahlquelle (8)
kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein. Im Falle einer
Laserquelle kann es sich z.B. um einen Faserlaser, einen Gaslaser
oder dergl. handeln. Die Laserquelle (8) kann Strahlen
(11, 12) mit unterschiedlicher Energie, unterschiedlicher
Strahlform oder in sonstiger Weise unterschiedliche Strahlen erzeugen
und emittieren. Insbesondere erzeugt die Strahlquelle (8) einen
energiereichen Arbeitsstrahl (11). Zusätzlich kann sie einen gleichachsigen,
energieschwächeren Pilotlaserstrahl
(12) erzeugen, der einen mit dem Auge optisch erfassbaren
leuchtenden Auftreffpunkt (32) am Werkstück (5)
erzeugt. Beide Strahlen (11, 12) haben den gleichen
Auftreffpunkt (32).The jet device ( 7 ) contains at least one beam source ( 8th ), in particular a laser source, which is connected via a suitable line ( 9 ), eg a flexible fiber optic cable with one at hand ( 3 ) arranged. Jet head ( 10 ), in particular a laser head, is connected. The beam source ( 8th ) may be formed in different ways. In the case of a laser source, it may be, for example, a fiber laser, a gas laser or the like. The laser source ( 8th ) can radiate ( 11 . 12 ) with different energy, different beam shape or otherwise produce different rays and emit. In particular, the beam source ( 8th ) a high-energy working beam ( 11 ). additionally can it produce an equiaxed, more energy-efficient pilot laser beam ( 12 ), which generates a luminous point of impact optically detectable by the eye ( 32 ) on the workpiece ( 5 ) generated. Both beams ( 11 . 12 ) have the same point of impact ( 32 ).
Am
Strahlkopf (10) tritt der von der Strahlquelle (8)
erzeugte energiereiche Strahl (11) aus und wird zu einem
distanziert auf einer Auflage oder dergl. angeordneten Werkstück (5)
gerichtet. Das Werkstück
(5) wird mit dem energiereichen Strahl (11) in einer
beliebig geeigneten Weise bearbeitet. Hierbei kann der Strahl (11)
entlang einer vorprogrammierten und in der Robotersteuerung (4)
gespeicherten Bahn am Werkstück
(5) bewegt werden, die durch den Pfeil und die Bahnrichtung
(42) symbolisiert ist.At the blasting head ( 10 ) comes from the beam source ( 8th ) generated high-energy beam ( 11 ) and becomes a part of a workpiece (FIG. 5 ). The workpiece ( 5 ) with the high-energy beam ( 11 ) edited in any suitable manner. Here, the beam ( 11 ) along a pre-programmed and in the robot control ( 4 ) stored web on the workpiece ( 5 ), which are indicated by the arrow and the web direction ( 42 ) is symbolized.
Bei
dem energiereichen Strahl (11) handelt es sich in der gezeigten
Ausführungsform
um einen Laserstrahl. Daneben sind andere beliebige Arten von energiereichen
Strahlen möglich.
Der Bearbeitungsprozess ist z.B. ein Schweißprozess. Alternativ kann der
Bearbeitungsprozess das Löten,
Schneiden, Gravieren, Werkstück
erwärmen
oder sonstige Prozesse betreffen. Wenn mit einer anderen Strahlenart
gearbeitet wird, ist die Strahleinrichtung (7) entsprechend
anders ausgebildet. Die nachfolgenden Erläuterungen beziehen sind auf
eine Lasereinrichtung (7) und gelten in entsprechender
Abwandlung für
andere Strahlarten.In the high-energy beam ( 11 ) is a laser beam in the embodiment shown. In addition, other types of high-energy rays are possible. The machining process is eg a welding process. Alternatively, the machining process may involve soldering, cutting, engraving, workpiece heating or other processes. When working with another type of radiation, the jet device ( 7 ) formed differently according to. The following explanations relate to a laser device ( 7 ) and apply in a corresponding modification for other types of spray.
Der
Strahlkopf (10) besitzt ein Gehäuse, das in geeigneter Weise
mit der Roboterhand (3) verbunden ist. Der Roboter (2)
führt und
bewegt den Strahlkopf (10) über eine Bewegung seiner Achsen.
Für schnelle
und kurzzeitige Bewegungen werden bevorzugt die Handachsen betätigt. Die
Roboterhand (3) hat z.B. drei orthogonale Handachsen. Über den
großen
Arbeitsabstand führen
kleine Achsbewegungen zu großen
Auslenkungen und Bahnbewegungen des Laserstrahls (11) am
Werkstück
(5).The jet head ( 10 ) has a housing suitably with the robot hand ( 3 ) connected is. The robot ( 2 ) guides and moves the blasting head ( 10 ) about a movement of its axes. For fast and short-term movements, the hand axes are preferably actuated. The robot hand ( 3 ) has eg three orthogonal hand axes. Over the long working distance, small axis movements lead to large deflections and path movements of the laser beam ( 11 ) on the workpiece ( 5 ).
Der
Strahlkopf (10) beinhaltet eine Strahloptik (14),
mit der der über
die Leitung (9) zugeführte Laserstrahl
(11) gebündelt
und fokussiert wird. Die Strahloptik (14) kann in beliebig
geeigneter Weise ausgebildet sein und eine Kollimationseinheit sowie eine
Fokussiereinheit aufweisen. Die Strahloptik (14) kann von
Linsen und/oder Spiegeln gebildet werden. In der einen Ausführungsform
kann die Laseroptik (14) eine feste Brennweite haben. Alternativ
kann die Laseroptik (14) eine variable Brennweite aufweisen. Diese
Brennweitenvariation kann auf beliebig geeignete Weise erzielt werden,
z.B. durch eine Bewegung des Faseraustrittspunktes der Leitung (9)
und eine Änderung
seines Abstands gegenüber
der Kollimationsoptik. Dies kann z.B. entsprechend der WO 2006/015795
A1 oder auf beliebige andere Weise ausgebildet sein.The jet head ( 10 ) contains a ray optic ( 14 ), with which the over the line ( 9 ) supplied laser beam ( 11 ) is bundled and focused. The ray optics ( 14 ) may be formed in any suitable manner and have a collimation and a focusing. The ray optics ( 14 ) can be formed by lenses and / or mirrors. In one embodiment, the laser optics ( 14 ) have a fixed focal length. Alternatively, the laser optics ( 14 ) have a variable focal length. This focal length variation can be achieved in any suitable manner, for example by a movement of the fiber exit point of the line (FIG. 9 ) and a change in its distance from the collimating optics. This can be designed, for example, according to WO 2006/015795 A1 or in any other way.
Die Überwachungseinrichtung
(18) kann in unterschiedlicher Weise ausgebildet sein.
Sie weist zumindest eine am Strahlkopf (10) anbaubare Sensoreinrichtung
(21) auf, die in 2, 3 und 5 in
verschiedenen Ausführungsformen
dargestellt ist. Die Sensoreinrichtung (21) ist z.B. außenseitig
am Gehäuse
des Laserkopfes (10) angeordnet und befindet sich z.B.
am Ausgang bzw. am Strahlauslass der Laseroptik (14). Alternativ
kann die Sensoreinrichtung (21) innenseitig am Gehäuse des Strahlkopfes
(10) angebaut sein. Für
die konstruktive Ausgestaltung und die Montage der Sensoreinrichtung
(21) gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die Sensoreinrichtung
(21) hat z.B. ein Gehäuse
(22), welches mit geeigneten Befestigungsorgangen durch Klemmen,
Schrauben oder dergl. am Laserkopf (10) befestigt werden
kann. Die Befestigung kann lösbar sein.The monitoring device ( 18 ) may be formed in different ways. It has at least one at the jet head ( 10 ) attachable sensor device ( 21 ), which are in 2 . 3 and 5 is shown in various embodiments. The sensor device ( 21 ) is eg on the outside of the housing of the laser head ( 10 ) and is located, for example, at the output or at the beam outlet of the laser optics ( 14 ). Alternatively, the sensor device ( 21 ) inside the housing of the jet head ( 10 ). For the structural design and the assembly of the sensor device ( 21 ) there are different possibilities. The sensor device ( 21 ) has, for example, a housing ( 22 ), which with suitable Befestigungsorgangen by clamping, screws or the like. On the laser head ( 10 ) can be attached. The attachment can be detachable.
Die Überwachungseinrichtung
(18) kann ein oder mehrere verschiedene Komponenten und
Funktionen beinhalten. Einerseits kann sie eine Positionsüberwachung
(19) für
den Fokuspunkt (13) oder den Auftreffpunkt (32)
des Strahls (11, 12) am Werkstück (5) aufweisen.
Die Positionsüberwachung
(19) kann die Höhenlage
des Fokuspunktes (13) und/oder den seitlichen Versatz des
Fokuspunktes (13) bzw. des Auftreffpunktes gegenüber einer
vorgesehenen Bearbeitungsstelle (6), z.B. einer Schweißbahn oder Schweißkante,
und/oder die relative Winkelausrichtung zwischen dem Strahl (11, 12)
und dem Werkstück
(5) im Auftreffbereich betreffen.The monitoring device ( 18 ) may include one or more different components and functions. On the one hand, it can monitor a position ( 19 ) for the focal point ( 13 ) or the impact point ( 32 ) of the beam ( 11 . 12 ) on the workpiece ( 5 ) exhibit. The position monitoring ( 19 ), the altitude of the focal point ( 13 ) and / or the lateral offset of the focal point ( 13 ) or the point of impact with respect to a designated processing point ( 6 ), eg a welding track or welding edge, and / or the relative angular orientation between the beam (FIG. 11 . 12 ) and the workpiece ( 5 ) in the impact area.
Zusätzlich oder
alternativ kann die Überwachungseinrichtung
(18) eine Prozessüberwachung (20)
für den
Prozessablauf am Auftreffpunkt (32) aufweisen. Die Sensoreinrichtung
(21) kann zur Erfüllung
der verschiedenen Überwachungskomponenten bzw. Überwachungsfunktionen
unterschiedlich ausgebildet sein.Additionally or alternatively, the monitoring device ( 18 ) a process monitoring ( 20 ) for the process flow at the point of impact ( 32 ) exhibit. The sensor device ( 21 ) may be configured differently to fulfill the various monitoring components or monitoring functions.
Die Überwachungseinrichtung
(18) und die Sensoreinrichtung (21) können mit
einer Steuerung (4) des Manipulators oder Roboters (2) über eine
Leitung (24) oder über
eine drahtlose Datenübertragung verbunden
sein. In Verbindung mit einer Positionsüberwachung (19) kann
die Sensoreinrichtung (21) über diese Datenverbindung z.B.
in eine Regelung des Arbeitsabstandes und/oder der ggf. veränderlichen
Brennweite des Strahlkopfs (10) eingebunden werden. Über diese
Regelung kann z.B. die vom Roboter (2) abgefahrene programmierte
Bahn verändert und
ggf. korrigiert werden, so dass der Fokuspunkt (13) oder
der Auftreffpunkt (32) stets an der gewünschten Arbeitsstelle am Werkstück (5)
gehalten werden. Hierüber
kann ggf. außer
dem Arbeitsabstand auch eine evtl. seitliche Abweichung a des Auftreffpunktes
(32) von der Bearbeitungsbahn (6) detektiert und
nachgeregelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann auch der Einfallwinkel
des Strahls (11, 12) am Werkstück (5) verändert und
nachgeregelt werden. In Verbindung mit einer Prozessüberwachung
(20) kann eine Nachregelung der Prozessparameter stattfinden.
Dies kann z.B. die Bewegungsgeschwindigkeit des Strahls (11, 12)
in Bahnrichtung (42), die Laserstrahlenergie, die Zuführung von
Zusatzmitteln zum Bearbeitungsprozess, z.B. Schweißzusatzmittel,
Schutzgas oder dergl. betreffen.The monitoring device ( 18 ) and the sensor device ( 21 ) can with a control ( 4 ) of the manipulator or robot ( 2 ) via a line ( 24 ) or via a wireless data transmission. In conjunction with position monitoring ( 19 ), the sensor device ( 21 ) via this data link eg in a regulation of the working distance and / or the possibly variable focal length of the jet head ( 10 ). This control can be used, for example, by the robot ( 2 ), and possibly corrected, so that the focal point ( 13 ) or the point of impact ( 32 ) always at the desired work site on the workpiece ( 5 ) being held. Apart from the working distance, a possibly lateral deviation a of the impact point ( 32 ) from the processing path ( 6 ) are detected and readjusted. Alternatively or additionally, the angle of incidence of the beam ( 11 . 12 ) on the workpiece ( 5 ) are changed and readjusted. In conjunction with process monitoring ( 20 ), a readjustment of the process parameters can take place. This can eg the speed of movement of the beam ( 11 . 12 ) in the web direction ( 42 ), the laser beam energy, the supply of additives to the machining process, such as welding consumables, inert gas or the like.
Die
Lage des Fokuspunktes (13) kann entsprechend den Prozesserfordernissen
eingestellt werden. Bei einem Schweiß- oder Lötprozess wird z.B. der Fokuspunkt
(13) in den Auftreffpunkt des Strahls (11, 12)
am Werkstück
(5) gelegt. Alternativ kann der Fokuspunkt (13)
oberhalb oder unterhalb des Auftreffpunktes (32) liegen.
Beim Tiefenschweißen
wird z.B. der Fokuspunkt unter den Auftreffpunkt (32) an
der Werkstückoberfläche gelegt.
Wenn eine Minderung der Energiedichte im Auftreffbereich an der
Werkstückoberfläche (5)
gewünscht
wird, was z.B. bei einem Laserstrahlerwärmen oder Vorwärmen der
Werkstückoberfläche der
Fall sein kann, wird der Fokuspunkt (13) in eine Lage oberhalb
des Auftreffpunktes (32) gebracht. Die Höhenlage
des Fokuspunktes (13) kann durch eine Änderung des Arbeitsabstandes
durch eine Roboterbewegung und/oder eine Brennweitenänderung
erfolgen.The position of the focal point ( 13 ) can be adjusted according to the process requirements. In a welding or soldering process, for example, the focal point ( 13 ) in the point of impact of the beam ( 11 . 12 ) on the workpiece ( 5 ) placed. Alternatively, the focal point ( 13 ) above or below the impact point ( 32 ) lie. In depth welding, for example, the focal point under the impact point ( 32 ) placed on the workpiece surface. If a reduction of the energy density in the impact area at the workpiece surface ( 5 ), which may be the case, for example, during laser beam heating or preheating of the workpiece surface, the focal point ( 13 ) in a position above the impact point ( 32 ) brought. The altitude of the focal point ( 13 ) can be done by changing the working distance by a robot movement and / or a focal length change.
Wie 2 verdeutlicht,
weist die Sensoreinrichtung (21) eine zum Strahl (11, 12)
ausrichtbare Projektionseinrichtung (25) auf, die mindestens
einen optisch erfassbaren Projektionsstrahl (26) emittiert, der
zum Auftreffpunkt (32) am Werkstück (5) gerichtet ist
und der eine schräge
Ausrichtung zum Strahl (11, 12) hat. Die Sensoreinrichtung
(21) umfasst ferner mindestens einen räumlich distanziert von der Projektionseinrichtung
(25) angeordneten Bildaufnehmer (28) mit Blickrichtung
(30) zum Auftreffpunkt (32). Die Blickrichtung
(30) ist z.B. senkrecht zum Sensorchip im Bildaufnehmer
(28) ausgerichtet.As 2 clarifies, the sensor device ( 21 ) one to the beam ( 11 . 12 ) alignable projection device ( 25 ), the at least one optically detectable projection beam ( 26 ), the point of impact ( 32 ) on the workpiece ( 5 ) and which is an oblique alignment with the beam ( 11 . 12 ) Has. The sensor device ( 21 ) further comprises at least one spatially distant from the projection device ( 25 ) arranged image sensor ( 28 ) with viewing direction ( 30 ) to the point of impact ( 32 ). The direction of view ( 30 ) is eg perpendicular to the sensor chip in the image sensor ( 28 ).
Die
Projektionseinrichtung (25) und der Bildaufnehmer (28)
sind mit seitlichem Abstand und beidseits des Strahls (11, 12)
angeordnet. Sie liegen einander vorzugsweise diametral gegenüber und
haben z.B. gleiche Abstände
vom Strahl (11, 12). Hierbei haben auch der Projektionsstrahl
(26) und die Blickrichtung (30) jeweils den gleichen
Winkel gegenüber der
Achse des Strahls (11, 12). Der Bildaufnehmer (28)
und die Projektionseinrichtung (25) sind in einem gemeinsamen
Gehäuse
(22) angeordnet und mit geeigneten Verstelleinrichtungen
versehen, um sie mit der Strahlrichtung (26) bzw. der Blickrichtung
(30) zum Auftreffpunkt (32) ausrichten zu können. Bei dem
in 2 dargestellten Laserkopf (10) mit fester Brennweite
der Laseroptik (14) können
die Verstelleinrichtung in der justierten Position fixierbar sein.The projection device ( 25 ) and the imager ( 28 ) are at a lateral distance and on both sides of the beam ( 11 . 12 ) arranged. They are preferably diametrically opposite each other and have, for example, equal distances from the beam ( 11 . 12 ). Here also the projection beam ( 26 ) and the viewing direction ( 30 ) each have the same angle with respect to the axis of the beam ( 11 . 12 ). The imager ( 28 ) and the projection device ( 25 ) are in a common housing ( 22 ) and provided with suitable adjusting devices in order to adjust them with the beam direction ( 26 ) or the viewing direction ( 30 ) to the point of impact ( 32 ) to align. At the in 2 illustrated laser head ( 10 ) with fixed focal length of the laser optics ( 14 ), the adjusting device can be fixed in the adjusted position.
Der
Projektionsstrahl (26) erzeugt im Auftreffbereich an der
Werkstückoberfläche (5)
ein seiner Neigung entsprechendes Projektionsbild. Dies ist z.B.
bei einem im Querschnitt kreisförmigen
Projektionsstrahl (26) der in 4 dargestellte
projizierte Kreis (33), der die Form einer dem Neigungswinkel entsprechenden
Ellipse hat. Der Projektionsstrahl (26) kann mehrteilig
sein und einen Hüllstrahl
mit größerem Durchmesser
und schwächerer
Leistung sowie einen konzentrischen Kernstrahl mit höherer Energie
und Helligkeit haben. Der Kernstrahl markiert das Zentrum (34)
des projizierten Kreises (33).The projection beam ( 26 ) generated in the impact area on the workpiece surface ( 5 ) a projection image corresponding to its inclination. This is, for example, in the case of a cross-sectionally circular projection beam ( 26 ) the in 4 illustrated projected circle ( 33 ) having the shape of an ellipse corresponding to the inclination angle. The projection beam ( 26 ) may be multi-piece and have a larger diameter, lower power envelope beam and a higher energy and brightness concentric core beam. The core ray marks the center ( 34 ) of the projected circle ( 33 ).
Der
Bildaufnehmer (28) ist in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
und erfasst das vom Projektionsstrahl (26) erzeugte Projektionsbild
(33) an der Werkstückoberfläche (5)
sowie den optisch erfassbaren Auftreffpunkt (32) des zum
Justieren verwendeten Pilotstrahls (12). Der Bildaufnehmer
(28) ist z.B. als digitale Kamera ausgebildet, die eine
dem großen Arbeitsabstand
entsprechende Auflösung
hat. Die Auflösung
beträgt
z.B. mindestens 1 Megapixel. Die digitale Kamera kann z.B. als CCD-Kamera
oder als CMOS-Kamera ausgebildet sein.The imager ( 28 ) is formed in any suitable manner and detects the from the projection beam ( 26 ) generated projection image ( 33 ) on the workpiece surface ( 5 ) as well as the optically detectable impact point ( 32 ) of the pilot beam used for adjustment ( 12 ). The imager ( 28 ) is designed as a digital camera, for example, which has a resolution corresponding to the large working distance. The resolution is for example at least 1 megapixel. The digital camera can be designed, for example, as a CCD camera or as a CMOS camera.
Der
Bildaufnehmer (28) kann ferner ein oder mehrere optische
Vorgaben (35, 36) aufweisen, die z.B. als zentrisch
angeordnetes Fadenkreuz und/oder als eine dem Projektionsbild (33)
in der Sollform im wesentlichen entsprechende Vorgabeellipse ausgebildet
ist/sind. Dies können
als Soll- oder Vergleichswerte in der Bildauswertung abgespeicherte Vorgaben
sein. Sie können
alternativ körperliche
Vorgaben sein, die z.B. in die Optik eingespiegelt oder eingraviert
sind.The imager ( 28 ), one or more optical presets ( 35 . 36 ), for example, as a centrally arranged crosshairs and / or as a the projection image ( 33 ) is formed in the desired shape substantially corresponding default ellipse / are. These can be stored as setpoints or comparison values in the image evaluation. Alternatively, they can be physical specifications that are mirrored or engraved into the optics, for example.
Der
Bildaufnehmer (28) weist ferner eine rechnergestützte Auswerteeinrichtung
(29) für
die aufgenommenen Bilder auf oder ist mit einer solchen verbunden.
Die Auswerteeinrichtung (29) kann z.B. in der Robotersteuerung
(4) oder in einer anderen externen Steuerung untergebracht
sein.The imager ( 28 ) further comprises a computer-aided evaluation device ( 29 ) for the recorded images or is associated with such. The evaluation device ( 29 ) can be used eg in the robot controller ( 4 ) or in another external control.
Zum
Einjustieren nach einem Triangulationsverfahren für einen
Laserkopf (10) mit fester Brennweite wird der Laserkopf
(10) vom Roboter (2) in eine genau vermessene
Position gegenüber
dem Werkstück
(5) oder einem Referenzteil gebracht. In dieser Position
hat der Laserkopf (10) den gewünschten Arbeitsabstand, wobei
der Fokuspunkt (13) vor, auf oder hinter dem Auftreffpunkt
(32) liegt. In dieser Vorgabeposition wird die Sensoreinrichtung
(21) eingerichtet und justiert. Zunächst wird die Projektionseinrichtung
(25) derart ausgerichtet, dass der Projektionsstrahl (26)
mit seinem Zentrum (34) mit dem Auftreffpunkt (32)
zusammen fällt.
Die Ausrichtung kann anhand der sichtbaren Punkte (32, 34)
manuell vorgenommen werden. Anschließend wird der Bildaufnehmer
(28) derart justiert, dass seine optische Vorgabe (35, 36)
mit dem Projektionsbild (33) und dem Auftreffpunkt (32)
zur Deckung gebracht wird. Hierbei wird z.B. der Schnittpunkt des
Fadenkreuzes (35) zur Deckung mit dem Auftreffpunkt (32)
und dem Zentrum (34) des Projektionsstrahls (26)
gebracht. Alternativ oder zusätzlich
kann die Vorgabeellipse (36) gegenüber dem Projektionsbild (33)
ausgerichtet werden und z.B. zur Deckung gebracht oder bei unterschiedlichen
Ellipsengrößen eingemittelt
werden. Die Sensoreinrichtung (21) ist damit auf die Brennweite der
Strahloptik (14) justiert.For adjustment according to a triangulation method for a laser head ( 10 ) with a fixed focal length, the laser head ( 10 ) from the robot ( 2 ) in a precisely measured position relative to the workpiece ( 5 ) or a reference part. In this position, the laser head ( 10 ) the desired working distance, whereby the focal point ( 13 ), on or behind the point of impact ( 32 ) lies. In this default position, the sensor device ( 21 ) set up and adjusted. First, the projection device ( 25 ) in such a way that the projection beam ( 26 ) with its center ( 34 ) with the impact point ( 32 ) falls together. Alignment can be based on the visible points ( 32 . 34 ) manually. Subsequently, the image sensor ( 28 ) adjusted so that its optical specification ( 35 . 36 ) with the projection image ( 33 ) and the point of impact ( 32 ) is brought to coincidence. For example, the intersection of the crosshairs ( 35 ) to Coverage with the impact point ( 32 ) and the center ( 34 ) of the projection beam ( 26 ) brought. Alternatively or additionally, the default ellipse ( 36 ) opposite the projection image ( 33 ) and, for example, brought to coincidence or mediated at different ellipse sizes. The sensor device ( 21 ) is thus on the focal length of the beam optics ( 14 ) adjusted.
Bei
einem Werkstückwechsel
kann der korrekte Arbeitsabstand gesucht und eingestellt werden. Zu
diesem Zweck kann vor Prozessbeginn die Sensoreinrichtung (21)
eingeschaltet werden. Wenn der Arbeitsabstand korrekt ist, fallen
der Auftreffpunkt (32) des Pilotlasers (12), das
Zentrum (34) des Projektionsstrahls (26) und der
Schnittpunkt des Fadenkreuzes (35) oder ein anderweitig
ermittelter Referenzpunkt in dem vom Bildaufnehmer (28)
erfassten Bild zusammen. In entsprechender Weise fallen das Projektionsbild
(33) und die Vorgabeellipse (36) zusammen oder
sind konzentrisch ausgerichtet. Bei Abweichungen des Arbeitsabstandes
kommt es zu Verschiebungen der Punkte (32, 34)
und des Fadenkreuzes (35) sowie des Projektionsbilds (33)
und der Vorgabeellipse (36). 4 zeigt
eine solche Verschiebung oder Zentrumsabweichung d.When changing a workpiece, the correct working distance can be searched and set. For this purpose, before the start of the process, the sensor device ( 21 ) are turned on. If the working distance is correct, the impact point ( 32 ) of the pilot laser ( 12 ), the center ( 34 ) of the projection beam ( 26 ) and the intersection of the crosshairs ( 35 ) or another reference point determined in the image recorder ( 28 ) captured image together. In a corresponding manner, the projection image ( 33 ) and the default ellipse ( 36 ) together or are concentrically aligned. Deviations of the working distance lead to shifts of the points ( 32 . 34 ) and the crosshair ( 35 ) as well as the projection image ( 33 ) and the default ellipse ( 36 ). 4 shows such a shift or center deviation d.
Die
Verschiebungen können über die
Bildauswertung rechnerisch erfasst und in Korrekturwerte für eine Nachfahrbewegung
des Roboters (2) umgerechnet werden. Die danach vorgenommene
Positionskorrektur kann dann wieder in der erwähnten Weise überprüft werden.
Alternativ kann eine Positionsänderung
des Roboters (2) in Schleichfahrt vorgenommen werden und
die Schleichfahrt beendet werden, sobald die vorerwähnte Vorgabenübereinstimmung
festgestellt wird. Parallel zur Positionskorrektur können auch
die Prozessparameter nachgeführt
werden.The displacements can be computationally recorded via the image evaluation and corrected in correction values for a trailing movement of the robot ( 2 ) are converted. The subsequently made position correction can then be checked again in the manner mentioned. Alternatively, a position change of the robot ( 2 ) at crawl speed and the crawl speed are stopped as soon as the aforementioned compliance is established. Parallel to the position correction, the process parameters can also be tracked.
In ähnlicher
Weise kann eine Abweichung des Strahleinfallwinkels am Werkstück (5)
von der Vorgabe detektiert werden. In diesem Fall hat das Projektionsbild
(33) eine andere Ellipsenform mit einem anderen Verhältnis der
Ellipsenachsen als die Vorgabeellipse (36). Die Abweichungen
können ebenfalls über die
Bildauswertung rechnerisch erfasst und in Korrekturwerte für die Roboterbewegung (2)
umgerechnet und für
eine Nachregelung herangezogen werden. Desgleichen kann eine Nachführung in der
vorbeschriebenen Weise über
eine Suchfahrt mit durchlaufend verschiedener Strahlausrichtungen
erfolgen.Similarly, a deviation of the beam incidence angle on the workpiece ( 5 ) are detected by the default. In this case, the projection image ( 33 ) a different ellipse shape with a different ratio of the ellipse axes than the default ellipse ( 36 ). The deviations can also be computed via the image evaluation and converted into correction values for the robot movement ( 2 ) and used for a readjustment. Similarly, a tracking in the manner described above can be done via a search drive with continuously different beam alignments.
Über die
Bildauswertung sind auch eine Suche und eine Verfolgung der Bearbeitungsbahn
(6) möglich.
Wie 4 verdeutlicht, kann über die Bildauswertung festgestellt
werden, ob sich der Auftreffpunkt (32) auf oder neben der
Bearbeitungsbahn (6), z.B. einer sichtbaren Schweißkante oder
dergl. befindet und wie groß die
Abweichung a ist und in welcher Richtung sie liegt. Anstelle der
Schweißkante
können beliebige
andere Referenzpunkte oder Linien am Werkstück (5) detektiert
werden, die gegenüber
der vorgesehenen Bearbeitungsstelle bzw. der zu verfolgenden Bearbeitungsbahn
in einem vorgegebenen Bezug stehen. Über die Bildauswertung kann
ferner neben der Lage auch die Ausrichtung der Bearbeitungsbahn
(6) oder einer Referenzlinie ermittelt und für die Bahnverfolgung
sowie die Korrektur des in der Robotersteuerung (4) gespeicherten
Bahnprogramms herangezogen werden. Ferner können über die Form des Projektionsbilds
(33) weitere Informationen über die Art, Form und Höhe des Schweißstoßes, über die
Werkstückoberfläche oder
dgl. gewonnen werden.The image analysis also includes a search and a tracking of the processing path ( 6 ) possible. As 4 clarifies, it can be determined via the image evaluation, whether the impact point ( 32 ) on or next to the processing path ( 6 ), eg a visible welding edge or the like, and how large the deviation a is and in which direction it lies. Instead of the welding edge, any other reference points or lines on the workpiece ( 5 ) are detected, which are in a predetermined relation to the intended processing point or to be tracked processing path. In addition to the position, the orientation of the processing path (FIG. 6 ) or a reference line and for the tracking and correction of the robot control ( 4 ) stored railway program are used. Furthermore, the shape of the projection image ( 33 ) More information about the nature, shape and height of the weld joint, on the workpiece surface or the like. Be recovered.
5 zeigt
eine Variante der Sensoreinrichtung (21), die für eine Strahloptik
(14) mit veränderlicher
Brennweite geeignet ist. Der Brennweitenbereich f und die sich hierbei
ergebenden unterschiedlichen Einfallwinkel des Projektionsstrahls
(26) und der Blickrichtung (30) zum Auftreffpunkt
(32) sind dargestellt. Eine Brennweitenänderung zieht eine entsprechende
Nachführung
der Ausrichtung der Projektionseinrichtung (25) und des
Bildaufnehmers (28) nach sich. Hierfür kann die Sensoreinrichtung (21)
eine Stelleinrichtung (23) aufweisen, die ggf. mit der
Verstelleinrichtung für
die Brennweitenänderung gekoppelt
ist. 5 shows a variant of the sensor device ( 21 ), which are suitable for a 14 ) is suitable with variable focal length. The focal length range f and the resulting different angles of incidence of the projection beam ( 26 ) and the viewing direction ( 30 ) to the point of impact ( 32 ) are shown. A focal length change draws a corresponding tracking of the orientation of the projection device ( 25 ) and the image sensor ( 28 ) by itself. For this purpose, the sensor device ( 21 ) an adjusting device ( 23 ), which is optionally coupled to the adjusting device for the focal length change.
Für die anfängliche
Einrichtung wird die Sensoreinrichtung (21) wie in der
vorerwähnten
Weise bei der festen Brennweite justiert. Hierbei findet eine Justierung
auf die minimale und die maximale Brennweite und die dortigen Arbeitsabstände statt.
Zwischen diesen definierten Endstellungen ist die Sensoreinrichtung
(21) beweglich.For the initial setup, the sensor device ( 21 ) as adjusted in the aforementioned manner at the fixed focal length. Here, an adjustment to the minimum and the maximum focal length and the working distances there takes place. Between these defined end positions, the sensor device ( 21 ) movable.
In
diesem Fall sind z.B. die Projektionseinrichtung (25) und
der Bildaufnehmer (28) gleich weit von der Zentralachse
des Strahls (11, 12) entfernt und mit gleichartigen
Verstellungen (27, 31), insbesondere Drehlagern
oder Drehachsen versehen, dass sie gleichartige Verstellbewegungen
und Änderungen
ihres Basiswinkels ausführen.
Die Sensoreinrichtung (21) kann z.B. einen Stellmotor (37)
aufweisen, der mit der Brennweitenverstellung gekoppelt ist oder
auf diese selbst einwirkt. Die Stelleinrichtung (23) beinhaltet
ferner eine auf die beiden Verstellungen (27, 31)
wirkende Stellmechanik (38), die z.B. aus einer mit dem
Stellmotor (37) verbundenen Stellspindel (39)
und einer Spindelmutter mit angelenkten Drehbügeln (40) besteht,
welche mit der Verstellung (27, 31) verbunden
sind. Eine lineare Verstellung der Spindelmutter führt über die
angelenkten Drehbügel (40)
zu einer entsprechenden Basiswinkeländerung der Projektionseinrichtung
(25) und des Bildaufnehmers (28). Hierbei kann
ein vorgegebener linearer oder nicht linearer Bezug zur Brennweitenänderung bestehen.
Die Brennweitenänderung
kann alternativ rechnerisch oder über Vorgabewerte ermittelt
werden, wobei hieraus ein entsprechendes Steuersignal für den Stellmotor
(37) generiert wird.In this case, for example, the projection device ( 25 ) and the imager ( 28 ) equidistant from the central axis of the beam ( 11 . 12 ) and with similar adjustments ( 27 . 31 ), in particular pivot bearings or rotary axes provided that they perform similar adjustment movements and changes in their base angle. The sensor device ( 21 ) can eg a servomotor ( 37 ), which is coupled to the focal length adjustment or acts on this itself. The adjusting device ( 23 ) also includes one on the two adjustments ( 27 . 31 ) acting adjusting mechanism ( 38 ), for example, from a with the servomotor ( 37 ) associated adjusting spindle ( 39 ) and a spindle nut with hinged swivel bars ( 40 ), which with the adjustment ( 27 . 31 ) are connected. A linear adjustment of the spindle nut via the hinged swivel bracket ( 40 ) to a corresponding base angle change of the projection device ( 25 ) and the image sensor ( 28 ). Here, a predetermined linear or non-linear reference to the focal length change consist. The focal length change can alternatively be determined by calculation or by default values, with a corresponding control signal for the servomotor (FIG. 37 ) is generated.
In
Abwandlung des Ausführungsbeispiels kann
eine optisch kontrollierte Nachführung
der Stelleinrichtung (23) bei Brennweitenänderung
vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird zunächst bei vorgegebenem Arbeitsabstand
die Brennweitenänderung
vorgenommen und anschließend
die Stelleinrichtung (23) ähnlich wie in der vorbeschriebenen
Weise beim Justieren der Sensoreinrichtung (21) bei fester
Brennweite nachgeführt,
bis die Punkte (32, 34) und/oder das Projektionsbild
(33) und die Vorgabeellipse (36) zur Deckung gebracht
sind. In der justierten Stellung wird die Stelleinrichtung (23) dann
fixiert.In a modification of the embodiment, an optically controlled tracking of the adjusting device ( 23 ) be made at focal length change. For this purpose, the focal length change is first made at a predetermined working distance and then the adjusting device ( 23 ) similar to the manner described above when adjusting the sensor device ( 21 ) at a fixed focal length until the points ( 32 . 34 ) and / or the projection image ( 33 ) and the default ellipse ( 36 ) are brought to coincidence. In the adjusted position, the adjusting device ( 23 ) then fixed.
Alternativ
kann eine Justierung in umgekehrter Richtung erfolgen, indem bei
vorgegebenem Arbeitsabstand zunächst
die Sensoreinrichtung (21) mit der Stelleinrichtung (23)
justiert und in Abhängigkeit von
deren Stellbewegung die Brennweitenverstellung nachgeführt wird.Alternatively, an adjustment can be made in the opposite direction by first the sensor device (for a given working distance) ( 21 ) with the adjusting device ( 23 ) and adjusted in dependence on the adjusting movement, the focal length adjustment is tracked.
Über die
Bildauswertung ist außerdem
während
des Betriebs eine Überwachung
der Senoreinrichtung (21) und der korrekten gegenseitigen
Ausrichtung der Projektionseinrichtung (25) und des Bildaufnehmers
(28) möglich.
Eine Fehlausrichtung wird z.B. festgestellt, wenn zwar die Punkte
(32, 34) zur Deckung gebracht werden können, wobei
das Projektionsbild (33) und die Vorgabeellipse (36)
aber voneinander abweichen. In diesem Fall kann von der Auswerteeinrichtung
(29) ein Warnsignal und eine Aufforderung zur Neujustierung
der Sensoreinrichtung (21) ausgegeben werden.In addition, the image evaluation system monitors the sensor device during operation ( 21 ) and the correct mutual alignment of the projection device ( 25 ) and the image sensor ( 28 ) possible. A misalignment is detected, for example, if the points ( 32 . 34 ), the projection image ( 33 ) and the default ellipse ( 36 ) but differ from each other. In this case, the evaluation device ( 29 ) a warning signal and a request to readjust the sensor device ( 21 ).
In
der Ausführungsform
von 2 und 5 treten die Strahlen (11, 12)
ungehindert und in gerader Richtung aus dem Strahlkopf (10)
aus. In einer alternativen und in 3 dargestellten
Ausführungsform
der Sensoreinrichtung (21) ist eine Strahlumlenkung möglich, die
verschiedenen Zwecken dienen kann.In the embodiment of 2 and 5 kick the rays ( 11 . 12 ) unhindered and in a straight line from the blasting head ( 10 ) out. In an alternative and in 3 illustrated embodiment of the sensor device ( 21 ) is a beam deflection possible, which can serve different purposes.
Hierfür kann die
Sensoreinrichtung (21) eine Scanneinrichtung (15)
mit ein oder mehreren Spiegeln (16, 17) aufweisen.
Die Sensoreinrichtung (21) kann insbesondere modular aufgebaut
sein und verschiedene austauschbare oder ergänzungsfähige Gerätekomponenten aufweisen.For this purpose, the sensor device ( 21 ) a scanning device ( 15 ) with one or more mirrors ( 16 . 17 ) exhibit. The sensor device ( 21 ) may in particular be modular and have various interchangeable or replaceable device components.
Mit
einem ersten und vorzugsweise teildurchlässigen Spiegel (16)
werden die Strahlen (11, 12) unmittelbar an der
Austrittsstelle am Strahlkopf (10) um einen vorgegebenen
Winkel von z.B. 90° umgelenkt
und zu einem zweiten Spiegel (17) gerichtet, an dem sie
wieder um z.B. 90° umgelenkt
und zum Werkstück
(5) gerichtet werden. Der umgelenkte Strahl (11, 12)
kann parallel und mit fester vorgegebener Achse zum Strahlverlauf
im Strahlkopf (10) ausgerichtet sein.With a first and preferably partially transparent mirror ( 16 ) the rays ( 11 . 12 ) directly at the exit point at the jet head ( 10 ) deflected by a predetermined angle of eg 90 ° and to a second mirror ( 17 ), where it is again deflected by 90 °, for example, and 5 ). The deflected beam ( 11 . 12 ) can parallel and with a fixed predetermined axis to the beam path in the jet head ( 10 ) be aligned.
Über den
teildurchlässigen
Spiegel (16) ist von der Rückseite her ein Einblick in
den abgewinkelten Strahlengang und damit ein Blick zum Auftreffpunkt
(32) und zur Arbeitsstelle möglich. Hierfür kann in
geeigneter Lage hinter dem Spiegel (16) eine Beobachtungseinrichtung
(41) angeordnet sein, die z.B. eine optische Beobachtungssenorik,
z.B. einen CMOS-Chip mit Bildauswertung, aufweist. Hierdurch können verschiedene
prozessrelevante Parameter, z.B. Helligkeit, Spektralfarben und
dergl. an der Arbeitsstelle beobachtet und ausgewertet werden. Die Beobachtungseinrichtung
(41) kann ebenfalls über eine
nicht dargestellte Leitung oder drahtlos mit einer Steuerung, z.B.
der Robotersteuerung (4) verbunden sein, welche bei Prozessabweichungen
für eine Nachregelung
der Prozessparameter sorgt.About the partially transparent mirror ( 16 ) is from the back an insight into the angled beam path and thus a view to the impact point ( 32 ) and to the workplace possible. For this purpose, in a suitable position behind the mirror ( 16 ) an observation device ( 41 ), which, for example, has an optical observation system, eg a CMOS chip with image evaluation. As a result, various process-relevant parameters, eg brightness, spectral colors and the like can be observed and evaluated at the workstation. The observation device ( 41 ) can also via a line, not shown, or wirelessly with a controller, eg the robot controller ( 4 ), which ensures a process parameter readjustment of process parameters.
Ferner
kann der zweite Spiegel (17) beweglich gelagert sein und
insbesondere mindestens eine Drehachse haben. Der Spiegel (17)
hat z.B. zwei kardanische Drehachsen und ermöglicht bei deren Betätigung eine
veränderte
Ablenkung und Winkeländerung
des oder austretenden Strahlen (11, 12). Die Bewegungsachsen
(nicht dargestellt) können
mit geeigneten Stellantrieben versehen und mit einer geeigneten
Steuerung, z.B. der Robotersteuerung (4) als Zusatzachse(n)
verbunden sein. Über
diese ggf. mehrachsige Strahlablenkung ist z.B. das in 3 gezeigte
Wobbeln möglich,
bei dem der Arbeitsstrahl (11) in Bahnrichtung oder Bewegungsrichtung
(42) über
den Wobbelweg w vor und zurück
bewegt wird. Alternativ oder zusätzlich
ist eine quergerichtete Pendelbewegung möglich, wobei 3 den
zugehörigen Pendelweg
p anzeigt. Daneben sind auch beliebige andere Oszillationsbewegungen
ausführbar,
wobei der Strahl (11) z.B. in einer Kreis- oder Spiralbahn
bewegt wird.Furthermore, the second mirror ( 17 ) and in particular have at least one axis of rotation. The mirror ( 17 ) has, for example, two cardanic axes of rotation and, when actuated, permits a changed deflection and angle change of the or outgoing beams ( 11 . 12 ). The axes of movement (not shown) can be provided with suitable actuators and with a suitable controller, eg the robot controller ( 4 ) be connected as an additional axis (s). About this possibly multi-axial beam deflection is, for example, in 3 wobble possible, in which the working beam ( 11 ) in the web direction or direction of movement ( 42 ) is moved back and forth over the wobble path w. Alternatively or additionally, a transverse pendulum motion is possible, wherein 3 indicates the associated pendulum path p. In addition, any other oscillatory movements are executable, wherein the beam ( 11 ) is moved in a circular or spiral path, for example.
Im
Bereich des vorderen Spiegels (17) können seitlich eine Projektionseinrichtung
(25) und ein Bildaufnehmer (28) in der in 2 und 5 dargestellten
Weise angeordnet sein. Der relevante Strahlaustritt ist in diesem
Fall nicht direkt am Laserkopf (10), sondern am Spiegel
(17). Bei der hierüber
ausgeführten
Positionsüberwachung
(19) nimmt der Spiegel (17) eine Referenzlage
mit z.B. senkrecht austretendem Strahl (11, 12)
ein. Ein seitliches Nachführen
des Fokuspunkts (13) oder Auftreffpunkts (32) ist
dabei über
eine Spiegelbewegung statt über
eine Roboterachsenbewegung möglich.In the area of the front mirror ( 17 ) can laterally a projection device ( 25 ) and an imager ( 28 ) in the 2 and 5 be arranged shown manner. The relevant beam exit is in this case not directly on the laser head ( 10 ), but at the mirror ( 17 ). In the case of the position monitoring ( 19 ) the mirror ( 17 ) a reference position with eg vertically exiting beam ( 11 . 12 ) one. A lateral tracking of the focal point ( 13 ) or impact point ( 32 ) is possible via a mirror movement instead of a robot axis movement.
6 zeigt
beispielhaft eine Steuerung und Regelung der Servoeinheiten einer Überwachungseinrichtung
(18) in einer Ausgestaltung z.B. gemäß 5. 6 shows an example of a control and regulation of the servo units of a monitoring device ( 18 ) in one embodiment, for example according to 5 ,
Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind in verschiedener Weise
möglich.
Dies betrifft einerseits die konstruktive Ausgestaltung und Anordnung
der verschiedenen Komponenten der Sensoreinrichtung (21).
Die Merkmale der verschiedenen gezeigten Ausführungsbeispiele können in
beliebig geeigneter Weise untereinander kombiniert oder ausgetauscht
werden. Beispielsweise kann die in 3 gezeigte
Prozessüberwachung
(20) ohne die Positionsüberwachung
(19) und ohne die Projektionseinrichtung (25)
und den Bildaufnehmer (28) eingesetzt werden. Alternativ kann
die genannte Positionsüberwachung
(19) mit einem starren Spiegel (17) eingesetzt
werden. Ferner können
die genannten Komponenten der Sensoreinrichtung (21) ggf.
mehrfach vorhanden oder mit anderer Orientierung oder Ausrichtung
angeordnet sein.Variations of the embodiments shown and described are possible in various ways. On the one hand, this relates to the structural design and arrangement of the various components of the sensor device ( 21 ). The features of the various embodiments shown may be combined or interchanged in any suitable manner. For example, the in 3 shown process monitoring ( 20 ) without position monitoring ( 19 ) and without the projection device ( 25 ) and the imager ( 28 ) are used. Alternatively, the mentioned position monitoring ( 19 ) with a rigid mirror ( 17 ) are used. Furthermore, the mentioned components of the sensor device ( 21 ) may be present multiple times or arranged with a different orientation or orientation.
Bei
geeigneter optischer Abschattung der Arbeitsstelle oder einer Filtervorschaltung
kann eine laufende Positionsüberwachung
(19) mit der in 2 und 5 gezeigten
Sensoreinrichtung (21) auch während des Prozesses stattfinden.
Hierbei können unterschiedliche
unterschiedliche Bildbereiche des Sensorchips eigenständig ausgewertet
werden. Außerdem
kann die Sensoreinrichtung (21) weitere Bildaufnehmer (28)
aufweisen, die z.B. der Nahtsuche und Nahtverfolgung während des
Prozesses dienen und auf andere benachbarte Werkstückbereiche neben
der Arbeitsstelle gerichtet sind. Ferner können bei den beschriebenen
Justiervorgängen
der Projektionsstrahl (26) und der Blickwinkel (30)
statt auf den Auftreffpunkt auf andere Bezugspunkte oder -linien am
Werkstück
(5) gerichtet werden, die in einem festen Bezug zum Fokus- oder Auftreffpunkt
(13, 32) stehen.With suitable optical shading of the workstation or a filter upstream, a current position monitoring ( 19 ) with the in 2 and 5 shown sensor device ( 21 ) also take place during the process. In this case, different different image areas of the sensor chip can be evaluated independently. In addition, the sensor device ( 21 ) further image sensors ( 28 ), which serve, for example, the seam-seeking and seam-tracking during the process and are directed to other adjacent workpiece areas next to the workstation. Furthermore, in the adjustment operations described the projection beam ( 26 ) and the angle of view ( 30 ) instead of the impact point on other reference points or lines on the workpiece ( 5 ) which are in fixed relation to the focus or impact point ( 13 . 32 ) stand.
Bei
der Beobachtungseinrichtung (41) kann auch eine digitale
Abstandsmess-Sensorik, z.B. mit Interferometrie oder Laufzeitmessung,
in den Strahlengang eingekoppelt werden, die den realen Arbeitsabstand
in der Strahlachse nummerisch misst. Sie kann ggf. die Abstandmessung
mit der Projektionseinrichtung (25) und dem Bildaufnehmer
(28).At the observation facility ( 41 ) can also be a digital distance measuring sensors, eg with interferometry or transit time measurement, coupled into the beam path, which measures the real working distance in the beam axis numerically. If necessary, it can measure the distance with the projection device ( 25 ) and the imager ( 28 ).
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11
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Strahlbearbeitungsstation,
LaserstationBeam processing station,
laser station
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22
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Manipulator,
RoboterManipulator,
robot
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33
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Handhand
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44
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Steuerung,
RobotersteuerungControl,
robot control
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55
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Werkstückworkpiece
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66
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Bearbeitungsbahn,
SchweißkanteMachining path,
welding edge
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77
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Strahleinrichtung,
Lasereinrichtung, RemotelaserJet device,
Laser device, remotely laser
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88th
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Strahlquelle,
LaserquelleBeam source,
laser source
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99
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Leitungmanagement
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1010
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Strahlkopf,
LaserkopfJet head
laser head
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1111
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Strahl,
Laserstrahl, ArbeitsstrahlBeam,
Laser beam, working beam
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1212
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Strahl,
PilotlaserstrahlBeam,
pilot laser beam
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1313
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Fokuspunktfocus point
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1414
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Strahloptik,
LaseroptikBeam optics,
laser optics
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1515
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Scanneinrichtungscanning device
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1616
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Spiegelmirror
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1717
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Spiegelmirror
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1818
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Überwachungseinrichtungmonitoring device
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1919
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Positionsüberwachungposition monitoring
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2020
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Prozessüberwachungprocess monitoring
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2121
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Sensoreinrichtungsensor device
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2222
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Gehäusecasing
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2323
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Stelleinrichtungsetting device
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2424
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Leitungmanagement
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2525
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Projektionseinrichtungprojection device
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2626
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Projektionsstrahlprojection beam
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2727
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Verstellung,
Drehlager, DrehachseAdjustment,
Swivel bearing, rotary axis
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2828
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Bildaufnehmer,
Kameraimager,
camera
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2929
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Auswerteeinrichtungevaluation
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3030
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Blickrichtungline of sight
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3131
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Verstellung,
Drehlager, DrehachseAdjustment,
Swivel bearing, rotary axis
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3232
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Auftreffpunktof impact
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3333
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Projektionsbild,
projizierter Kreis, EllipseProjection image
projected circle, ellipse
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3434
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Zentrumcenter
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3535
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optische
Vorgabe, Fadenkreuzoptical
Default, crosshair
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3636
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optische
Vorgabe, Vorgabeellipseoptical
Default, default ellipse
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3737
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Stellmotorservomotor
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3838
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Stellmechanikactuating mechanism
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3939
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Stellspindeladjusting spindle
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4040
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Drehbügelstirrup
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4141
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Beobachtungseinrichtung,
SensorikObservation device,
sensors
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4242
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Bahnrichtung,
BewegungsrichtungWeb direction,
movement direction
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aa
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Abweichung
Bahndeviation
train
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dd
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Abweichung
Zentrumdeviation
center
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ff
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BrennweitenbereichZoom range
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pp
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Pendelwegpendulum
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ww
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WobbelwegWobbelweg