EP4683771A1 - Steuereinheit zur erteilung einer laserstrahlfreigabe in einem lasersystem - Google Patents

Steuereinheit zur erteilung einer laserstrahlfreigabe in einem lasersystem

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Publication number
EP4683771A1
EP4683771A1 EP24711510.8A EP24711510A EP4683771A1 EP 4683771 A1 EP4683771 A1 EP 4683771A1 EP 24711510 A EP24711510 A EP 24711510A EP 4683771 A1 EP4683771 A1 EP 4683771A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
laser beam
control unit
translational
laser
release
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24711510.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Axel OBERÄNDER
Martin Stein
Thomas Wahl
Lucas HILLGEMANN
Jörg Weber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Original Assignee
Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH filed Critical Trumpf Laser und Systemtechnik GmbH
Publication of EP4683771A1 publication Critical patent/EP4683771A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/082—Scanning systems, i.e. devices involving movement of the laser beam relative to the laser head
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
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    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping

Definitions

  • Control unit for issuing a laser beam release in a laser system
  • Laser systems especially multi-axis laser systems, have become an indispensable technology in many industries in recent years. They offer high precision, high flexibility and enable materials to be processed efficiently, for example by cutting or welding. Due to the high energy density of a laser beam from a generic laser system, it is necessary to equip the laser system with laser protection. This is intended to prevent the laser beam from hitting an area outside its processing area, which can damage a protective cabin and endanger people in the area. Passive or active applications are used for laser protection. Passive laser protection is ensured, for example, by a protective cabin surrounding the laser system, which can withstand energy input from the laser beam for a certain period of time.
  • Active laser protection is provided by a sensor-equipped laser protection system and is known, for example, from the published patent application DE 10 2015219 369 A1. This discloses a safety device for a laser system with a multi-axis manipulator. Further prior art of this type is known from the utility model DE 20 2005 007 140 U1 and the published patent applications US 2018 / 0113434A1 and DE 10 2012 216632 A1.
  • a control unit for use in a laser system for processing a workpiece using a laser beam.
  • the control unit can have one or more control devices.
  • a control device can be composed of electronic modules that control or regulate a specific function of the laser system.
  • the control unit is set up to detect a translational position of a processing head that can be changed using a movement unit using at least one translation axis position.
  • the translational position can be specified in three-dimensional space using Cartesian coordinates x, y, z. It can therefore be composed of an x position, a y position and a z position. Each of these positions can have its own translation axis position. The translational position of the processing head can thus be detected using three translation axis positions.
  • the movement unit can have a drive, such as a linear drive, which changes at least one, in particular three translation axis positions in order to move the processing head, for example to a position intended for a planned processing of the workpiece.
  • the processing head can be a laser cutting head or a laser welding head. It can be moved in its translational position using a carriage, for example.
  • the processing head can have a focusing optics with a focusing lens. This focuses the laser beam, which is connected to a laser source, such as a solid-state laser, via a deflection housing and a laser light cable.
  • the control unit is further configured to detect a rotational alignment of the processing head, which can be changed by means of the movement unit, based on at least one rotational axis position.
  • the rotational alignment can be specified via an angular position around the at least one rotational axis.
  • the rotational alignment can be changed via two or three rotational axes in order to provide a multi-axis system, in particular a 5-axis laser system or a 6-axis laser system. Each of these rotational axis positions can be detected and result in the rotational alignment.
  • the position and alignment of the processing head are made up of the translational position and the rotational alignment.
  • the control unit is further configured to grant or withdraw a laser beam release for applying the laser beam to the workpiece, wherein the laser beam release depends, in particular, on a serial, therefore two-stage, test of the translational position and the rotational alignment of the processing head.
  • the serial test can first check a first condition, such as the existence of a translational condition, and - if this is present - a second condition, such as the existence of a rotational condition, in two stages. If the laser beam release ultimately depends on the translational position and the rotational alignment of the processing head, the laser beam can be released solely on the basis of the input variables translation axis position and rotational axis position.
  • the serial test can comprise active querying as well as passive evaluation.
  • the control unit is in particular continuously informed of the translational position and, if necessary, the rotational alignment and issues a laser beam release depending on this.
  • the control unit is informed of the translational position and/or the rotational rotation at least when the at least one translational axis position and/or the at least one rotational axis position are in a predetermined range or have exceeded a certain value that is stored in the control unit.
  • a laser beam release can be withdrawn.
  • the serial test can make it necessary to test the rotational alignment or can be completed after the translational position test because the translational position already determines whether or not a laser beam release should be granted.
  • the laser beam release can be a program command that the control unit sends to the laser to give it the release to apply the laser beam to a position on the workpiece indicated by the processing head or to withdraw the release to apply the laser beam to a position on the workpiece indicated by the processing head.
  • the indicated position on the workpiece can be detected via the translational position and the rotational orientation of the processing head as well as via a workpiece geometry communicated to the control unit.
  • the control unit can thus issue or withdraw a laser beam release in response to the position and orientation of the processing head being communicated to it using at least one translational axis position and at least one rotational axis position.
  • the serial test can, for example, be divided into three case groups: (i) If the translational position of the processing head is, for example, outside a processing area, this is communicated to the control unit using the corresponding translational axis position and the control unit issues the laser and the associated connected processing head, regardless of the rotational orientation of the processing head, (ii) If, on the other hand, the translational position is within the processing area and within a protection area, the rotational orientation must be checked in order to grant or withdraw laser beam approval.
  • the protection area can be adjusted depending on the laser power and/or a type of laser optics, a protective housing or protective cabin of the laser system, and/or an application of the laser system for processing the workpiece.
  • the protection area can represent an edge area of the processing area, within which the rotational orientation must also be checked in addition to the translational position. (iii) If the translational position is within the processing area and outside the protection area, using the laser beam is safe regardless of the orientation of the processing head. The control unit accordingly grants the laser a laser beam approval, regardless of the rotational orientation of the processing head. In this respect, a serial test takes place because the testing of the rotational alignment depends on the result of the test of the translational position.
  • the control unit enables an efficient and slim laser system with a low hardware requirement for safe operation.
  • control unit is designed to test a translational condition in which the translational position is within a predetermined translation range and a rotational condition in which the rotational alignment is within a predetermined rotation range during the serial test, wherein the predetermined rotation range varies depending on the translational position.
  • a first value of a rotational alignment can receive a laser beam release at a first translational position, i.e. lie within the predetermined rotation range, and the same first value of the rotational alignment can not receive a laser beam release at a second translational position, i.e. lie outside the predetermined rotation range.
  • the laser beam release can only be granted when the translational condition and cumulatively, the rotational condition is present. Because the rotational condition depends on the translational position, i.e.
  • the translational position can be divided into three areas: (i) outside the processing area, where no laser beam release is granted, (ii) within the processing area but also within the protection area, where laser beam release is granted depending on the rotational orientation, (iii) within the processing area and outside the protection area, where laser beam release is granted regardless of the rotational orientation.
  • the control unit detects a translational position that is located on an outer edge of a processing area, such as within the processing area and within the protection area, the laser beam release is granted depending on the rotational orientation: If a rotational orientation is inclined by 0°, for example around a rotation axis b, the intended position of the processing head is within the processing area and outside the protection area, which is why the laser beam release is granted or not withdrawn. If, on the other hand, the rotational orientation is inclined in an orientation facing away from the processing area, for example -10°, the intended position of the processing head is within the processing area and within the protection area and the laser beam release is not granted or withdrawn accordingly.
  • the laser beam release can vary.
  • This dynamic adjustment of the laser beam release enables a high degree of flexibility in the position and orientation of the processing head.
  • the installation space of the laser system is minimized, which is particularly advantageous when the laser system comprises several work areas next to one another, such as in a two-station operation.
  • the dynamic adaptation of this embodiment also enables an adaptable balance between i) the largest possible processing space for the laser beam and (ii) the simplest possible query of the laser beam release. The reliability of the granted laser beam release is also increased as a result.
  • the predetermined translation range and/or the predetermined rotation range are stored in the form of an array in a memory area of the control unit.
  • An array can enable the storage of several values in one variable. Individual arrays and values defined therein, for example an array of the predetermined translation range, can be logically linked with other arrays and values defined therein, for example an array of the predetermined rotation range. A first array can be checked first and then a second array in an AND combination. Instead of an array, a secure A software cam can be used that can be processed using a safe logic. It is also possible to store the predetermined translation range and/or rotation range in the form of at least one lookup table. The lookup table can, for example, list the rotational directions for the translational positions in the protection area for which a laser beam release is to be issued.
  • a low-computing comparison with the array can be used to determine whether laser beam release should be granted or withdrawn.
  • the number of arrays or values within the same array can determine the maximum processing space within which laser beam release is granted and the computing power required to grant laser beam release. As the array size increases, the processing space and with it the computing power required to release the laser beam increase.
  • the arrays can therefore be used to adapt the laser system's performance indicators to suit the specific application.
  • the predetermined translation range and/or the predetermined rotation range are determined in a training phase preceding an operating phase.
  • the training phase can be carried out on the laser system itself or at least partially on a simulation. It serves to determine the positions and directions in which a laser beam release should or should not be granted. For example, a large number of rotational directions can be controlled for each translational position in order to maximize the area for which a laser beam release should be granted.
  • the training phase can serve to determine the optimal ratio of processing space to required computing power.
  • the predetermined translation range and/or the predetermined rotation range are dependent on at least one of (i) a laser power, which may be between 3 and 8 kW, for example, and/or a type of laser, such as a high-power solid-state laser, or a type of laser optics (ii) a protective cabin of the laser system, (iii) an application of the laser system for processing the workpiece, such as welding, such as deep welding, and/or laser cutting and/or 3D laser processing and/or (iv) optical parameters for beam shaping.
  • a laser power which may be between 3 and 8 kW, for example
  • a type of laser such as a high-power solid-state laser
  • a type of laser optics ii) a protective cabin of the laser system
  • an application of the laser system for processing the workpiece such as welding, such as deep welding, and/or laser cutting and/or 3D laser processing and/or
  • optical parameters for beam shaping optical parameters for beam shaping.
  • detection communication between the movement unit and the control unit for detecting the translational position and the rotational orientation takes place using a detection path that is fail-safe.
  • a fail-safe path is implemented using safe transmission technology and enables, in particular, safety-related motion monitoring and/or a fail-safe programmable logic controller (PLC). It meets strict safety requirements.
  • the fail-safe path meets the strict safety requirements of (i) Safety Class 2 (Safety Integrity Level 2, SIL 2) according to IEC 61508, (ii) Performance Level d (PL d) according to DIN EN ISO 13849 1 and/or (iii) Category 3 according to DIN EN ISO 13849 1.
  • Fail-safe position detection can be implemented, for example, on a single channel using an encoder with a serial interface.
  • the fail-safe path takes place in safe communication and is distinguished from unsafe paths that use non-safe technology by detecting errors in the path itself and triggering an alarm if necessary.
  • the detection communication does not use a non-safe programmable logic controller (PLC), which increases its safety.
  • PLC programmable logic controller
  • the detection communication can take place between the motion unit and a specially designed control device within the control unit and can be independent of other paths. This enables error-resistant communication of the translation axis position and the rotation axis position. This means that the highest safety standards can be met even without error-sensitive sensors.
  • a release communication between the control unit and the movement unit to communicate a granted laser beam release takes place via a release path that is fail-safe.
  • the release communication therefore does not use a non-safe PLC, which increases its safety.
  • the release communication can take place between a specially provided control device within the control unit and the movement unit and can be independent of other paths. In this respect, a redundant control device can be provided within the control unit in order to minimize the probability of errors in the release communication.
  • a motion communication takes place between the control unit and the motion unit for changing the translational position and the rotational orientation by means of a motion path, wherein the detection path and/or the Release path is implemented independently of the motion path.
  • the motion path can therefore be designed as a single channel and, unlike the detection path and/or the release path, can be designed using non-safe technology.
  • the motion path, the detection path and/or the release path can each have their own control devices within the control unit so that they are independent of each other.
  • the detection communication and the release communication can take place using safe technology, while the motion communication can be PLC- or NC-controlled using non-safe technology.
  • control unit is designed to detect the translational position via at least one software cam of the translation axis position and/or to detect the rotational alignment via at least one software cam of the rotation axis position.
  • a software cam is a position of a machine axis stored in the control unit, such as the at least one, in particular every, translation and rotation axis, to which a function is assigned. When the position of the machine axis is reached, a corresponding signal is sent.
  • software cams can be used for the at least one, in particular every, translation and rotation axis as a path limit.
  • the software cams can also be used to release the laser beam. Reaching an axis position identified by the software cam triggers a laser beam release stop function within the control unit, after which no laser beam release is issued or the laser beam release is withdrawn.
  • the software cams can be set and activated according to the translatory condition and/or the rotary condition.
  • control unit has a first control device for controlling the movement unit and/or the processing head and a second control device for granting or withdrawing the laser beam release, whereby the first control device is independent of the second control device.
  • first control device for controlling the movement unit and/or the processing head
  • second control device for granting or withdrawing the laser beam release
  • the disclosure further relates to a laser system for processing a workpiece by means of a laser beam, with a control unit according to the disclosure and a processing head for aligning the laser beam onto the workpiece, wherein the processing head has the laser beam generated by at least a translational position determined by a translational axis position and the rotational orientation determined by at least one rotational axis position, and wherein the processing head is set up to apply the laser beam only with a laser beam release.
  • the laser system also has a movement unit for changing the translational position and the rotational orientation.
  • the laser system can have the features disclosed in connection with the control unit.
  • the translational axis position of the laser system is determined by three linear axes and/or the rotational axis position is determined by one, two or three rotational axes.
  • Such a four-, five- or six-axis laser system is a 3D laser system that can move the processing head variably.
  • the control unit according to the disclosure ensures that the laser system is operated using safe technology, for example using software cams.
  • the laser system has a first work area for processing a first workpiece and a second work area for processing a second workpiece in order to implement two-station operation.
  • the movement unit is designed to move the processing head between the first work area and the second work area.
  • a workpiece can first be processed in the first work area and then the processing head can be moved to the second work area in order to process a second workpiece while, for example, a workpiece is being exchanged in the first work area.
  • a separating device for shielding the operator from laser radiation is provided between the first work area and the second work area.
  • the separating device serves to shield a laser beam that is directed from the first work area to the second work area.
  • the separating device can be provided in addition to and within the protective cabin that surrounds the laser system.
  • the separating device is designed as a partition wall, the height of which is at least partially large enough to provide the shield between the first and second work areas, and small enough to allow the movement of the processing head between the first work area and the second work area.
  • the partition wall can have a movable separating flap. This can be retractable and extendable in an area in which the processing head moves between the first work area and the second work area. In the extended state, it can be flush with an upper edge of the partition wall. In the retracted state, it provides a recess within the partition wall through which the processing head moves when moving from one work area to the other.
  • the separating flap therefore enables a maximum area the partition wall for maximum safety, and on the other hand a flexible movement of the processing head in two-station operation.
  • a first scanner field is defined for the first work area and a second scanner field is defined for the second work area.
  • the respective scanner field defines the area that is to be protected from the laser beam from the adjacent work area, for example because an operator may be present there when changing the workpiece.
  • the distance from the scanner field to the potential laser radiation can be designed in such a way that a switch-off time of the laser beam is taken into account.
  • the control unit is set up to check during the serial test whether, when the processing head is in the first work area, the laser beam is directed at the second scanner field and/or when the processing head is in the second work area, the laser beam is directed at the first scanner field, in order to only issue a laser beam release if the laser beam is not directed at the corresponding scanner field.
  • the control unit can therefore be set up to not grant or to withdraw the laser beam release for applying the laser beam to the workpiece when the processing head is in the first work area and the laser beam is directed at the second scanner field or when the processing head is in the second work area and the laser beam is directed at the first scanner field.
  • the scanner field and the partition wall can thus be used to increase safety in two-station operation.
  • the disclosure also relates to a method for applying a laser beam to a workpiece, comprising the following steps:
  • Detecting a translational position of a movement unit based on at least one translation axis position and a rotational alignment of the movement unit based on at least one rotation axis position can be carried out continuously or only when the translation axis position and/or the rotation axis position are in a certain range, for example exceeding or falling below a certain value.
  • the translational positions of three translation axes, such as axes for linear movement, and the rotational alignment of two or three rotation axes can also be detected.
  • Checking a translational condition to see whether the translational position is within a predetermined translation range The check can be designed to detect whether the position is within the release range or whether the position has been left a release range. The former involves active querying, the latter involves passive evaluation, as explained above in connection with the control unit.
  • the processing head is not able to apply a laser beam to the workpiece if there is no laser beam release or if a laser beam release has been withdrawn.
  • This method enables software-based monitoring of the position and alignment of the processing head. It anticipates - analogous to the control unit - when the laser beam is directed at areas outside the processing area, without having to resort to laser-sensitive sensors outside or inside the processing area. This increases the safety of laser systems, as the presence of a safety-impairing condition is detected and prevented before a laser beam can harmfully impact outside its processing area. In addition, a robust and error-resistant system is provided, as a laser beam release can be granted or revoked based on the position and/or alignment. The method enables an efficient and slim laser system with a low hardware requirement for safe operation.
  • the presence of the rotational condition varies with the translational position. Because the rotational condition depends on the translational position, the processing area is maximized and the use of space is optimized.
  • the translational position can be divided into three areas: (i) outside the processing area, where no laser beam release is granted, (ii) within the processing area but also within the protection area, where laser beam release is granted depending on the rotational orientation, (iii) within the processing area and outside the protection area, where laser beam release is granted regardless of the rotational orientation, as explained above in connection with the control unit.
  • the method according to the disclosure can be carried out on the laser system according to the disclosure with the control unit. The features, effects and advantages disclosed above in connection with the control unit or the laser system can therefore be achieved - insofar as they apply accordingly to procedural steps - apply accordingly to the procedure.
  • Figure 1 is a side view of a laser system according to the disclosure
  • Figure 2 shows another side view of a laser system according to the disclosure
  • Figure 3 is another side view of a laser system according to the disclosure with a position in which a laser beam release is given and a position in which no laser beam release is given;
  • Figure 4 is another side view of a laser system according to the disclosure with a position in which a laser beam release is given and a position in which no laser beam release is given;
  • Figure 5 is a flow chart of a serial test according to the disclosure.
  • Figure 6a shows a further side view of a laser system according to the disclosure in two-station operation, in a first operating state in which a release is granted;
  • Figure 6b shows the side view from Figure 6a in a second operating state in which no release is granted or the release is withdrawn.
  • Figure 1 shows a schematic of a laser system 1 for processing a workpiece using a laser beam.
  • the laser system 1 has a control unit 100 which comprises one or more control devices which are at least partially connected to one another.
  • Movement unit 2 is designed to move a processing head 3, and thus to change its translational position, which can be determined using Cartesian coordinates x, y, z, and its rotational orientation, which can be determined using angular ranges around rotation axes a, b, c.
  • the processing head 3 can, for example, comprise laser optics. It serves to focus laser radiation supplied via a light guide onto the workpiece or to image it onto it in order to process the workpiece using the laser radiation. Release of the laser beam for the workpiece to be exposed to the laser beam can be provided in order to ensure the safety of the surrounding areas. Areas are understood here to mean spatial areas.
  • the processing head 3 only applies the laser beam to the workpiece if a laser beam release is present.
  • a laser beam release can be actively issued before each ignition of the laser beam.
  • a laser beam release can be withdrawn in the event that the laser beam is applied to an impermissible area.
  • the laser beam release for applying the laser beam to the workpiece depends on a serial check of the translational position and the rotational position of the processing head 3.
  • the control unit 100 detects a translation axis position of at least one, in particular each of the x, y, z axes that determine the translational position.
  • a pair of software cams is provided in at least one, in particular each x, y, z axis.
  • a software cam indicates a position of a machine axis to which a specific function is assigned. The control unit can thus prevent further movement or rotation of the axis when the translation axis position reaches a software cam.
  • the control unit 100 also detects a rotation axis position of at least one, in particular each of the a, b, c axes that determine the rotational orientation.
  • a pair of software cams is provided in at least one, in particular each a, b, c axis.
  • the serial test of the translational position and the rotational orientation first checks for the existence of a translational condition in which the translational position is within a predetermined translation range.
  • the translational condition can be checked for each of the three translation axes x, y, z.
  • This test of the translational condition of the translation axes x, y, z can run parallel to each other. Alternatively, it can run serially, so that first the translational condition of the x-axis is checked, then the translational condition of the y-axis and then the translational condition of the z-axis.
  • the test of the translational condition can be divided into three groups of cases, which are described below using the x-axis. The theory of these case groups can be applied analogously to the y-axis and the z-axis.
  • the processing head 3 is in a central position.
  • the protection area can represent an edge area of the processing area, within which the rotational alignment is to be checked in addition to the translational position.
  • the protection area can be adjusted in the control unit.
  • the translational condition of the x position for the laser beam release is met because the translational position is within the processing area. If the translational condition of the y position and the z position is also met so that the respective position is within the processing area and outside the protection area, the control unit 100 issues a laser beam release regardless of the rotational alignment of the processing head 3 (see also Figure 5).
  • the rotational alignment is checked serially after the translational position. If all three translational positions, i.e. the x-position, the y-position and the z-position, fall into the above case group (i), the rotational alignment is not checked because the processing head 3 is located within the processing area and outside the protection area and therefore a laser beam release is granted anyway. If at least one of the translational positions falls into the above case group (iii), the rotational alignment is also not checked because the processing head 3 is located outside the processing area and therefore a laser beam release is not granted anyway. If the translational position falls into the above case group (ii), however, the check of the rotational alignment is required to grant or withdraw a laser beam release.
  • FIG. 2 shows the laser system 1 from a different direction.
  • the processing head 3 has an offset along the y-direction.
  • the laser system 1 is a 3D laser system.
  • the processing head 3 can be moved translationally in all three spatial directions x, y, z by means of the movement unit 2, for example by means of a linear drive.
  • the processing head 3 can be rotated by means of the movement unit 2 about rotation axes, for example about three rotation axes a, b, c or about two rotation axes b, c.
  • the laser system 1 thus achieves maximum flexibility in the application of the laser beam to the workpiece, for example for laser welding and/or laser cutting. Versatile workpiece geometries can therefore be processed in flexible shapes.
  • Figure 3 shows an example of how the laser beam release in the above case group (ii), i.e. in the protection area, depends on the rotational alignment of the processing head 3.
  • a translational x-position of the processing head 3 lies between a value x1 and x2.
  • the critical values for x and b can be determined in such a way that when the laser beam hits the protective cabin, a previously defined minimum service life of the protective cabin is not undercut.
  • the software cam is therefore not only used for path limitation, but also for laser beam release.
  • all other axes of the multi-axis laser system 1 in particular also have corresponding software cams that are used for laser beam release.
  • the z axis can also be designed free of software cams.
  • the above case group (i) is relevant, in which laser beam release is given regardless of the rotational orientation. If the processing head 3 is moved by the movement unit 2 along the x-direction into a range x > x2, the above case group (iii) is applicable, in which a laser beam release is not granted regardless of the rotational orientation.
  • Figure 4 shows the laser system 1 in another operating state.
  • the processing head 3 is located along the z-translation axis at a position z that lies within the positions z1 and z2, and therefore within the protection area of the z-axis. In this position, the above case group (ii) is relevant, in which the rotational alignment must be checked for laser beam release.
  • Figure 5 shows a flow chart of the serial test.
  • field 101 a translational
  • Condition checked When checking the translational condition, it is checked whether a translational position of the machining head 3 is within a predetermined translation range. This test can be carried out in parallel for each translational direction x, y, z, in particular it can also be carried out only for the x direction or only for the x and y directions. Alternatively, this test can serially check first the first, then the second, then the third translational direction. Depending on the result of the translational condition, further steps can follow. If at least one of the translational positions x, y, z is outside the processing area, i.e. greater than x2 or y2 or z2, step 102, no laser beam release is issued, field 103.
  • step 104 if every translational position x, y, z is within the processing area and outside the protection area, i.e. smaller than x1 or y1 or z1, step 104, a laser beam release is issued, field 105. No check of the rotational alignment is required for steps 102, 104, because the translational position already determines whether a laser beam release is to be issued or not. The serial test is thus already completed. If at least one of the translational positions x, y, z is in the protection area, i.e. between x1 and x2 or y1 and y2 or z1 and z2, step 106, a rotational condition is to be checked, field 107.
  • the predetermined rotation range within which the rotational alignment can lie in order to fulfill the rotational condition varies.
  • the rotation range, which varies with the translational position is stored, for example, as an array in a memory area of the control unit 100. It can be determined in a training phase preceding the operating phase of the control unit 100 and can vary depending on external factors such as the laser power and/or the type of laser optics, a protective cabin of the laser system and/or an application of the laser system for processing the workpiece.
  • the check of the rotational alignment either shows that the rotational condition is not met, step 108, which is why no laser beam release is granted, field 103.
  • the check of the rotational alignment shows that the rotational condition is met, step 109, which is why a
  • Laser beam release is given, field 105. If the processing head 3, for example, assumes a new translational position and rotational orientation and the control unit 100 detects this position and orientation based on the respective axis positions, the sequence from Figure 5 can start again from the beginning.
  • FIGS 6a, 6b show the laser system 1 in two-station operation.
  • the laser system 1 has a first working area 4 and a second working area 5. At least one workpiece can be processed in each working area 4, 5.
  • a Partition wall 6 is arranged as a separating device.
  • the processing head 3 can be moved between the first work area 4 and the second work area.
  • the processing head 3 is located along the z-translation axis at a position z that lies within the positions z1 and z2, and therefore within the protection area of the z-axis.
  • the above case group (ii) is relevant, in which the rotational alignment must always be checked for a laser beam release.
  • a further criterion can be checked as part of the serial test, namely whether the laser beam is directed at an adjacent scanner field 7.
  • the processing head 3 assumes a rotational orientation such that the laser beam is directed at the partition wall 6. The laser beam therefore does not reach the adjacent scanner field 7, which is why a temporary laser beam release can be granted.
  • the processing head 3 is still arranged in the protection area of the z-axis.
  • the rotational orientation is such that the laser beam extends beyond the partition wall 6 into the adjacent scanner field 7. In this case, a laser beam release cannot be granted or can be withdrawn as part of the serial test. This guarantees that in two-station operation no laser beam reaches the work area that is currently not being processed.
  • a laser beam emanating from the processing head 3 can hit the partition 6 within the first work area 4. In this way, the laser beam does not reach the scanner field 7 of the adjacent, second work area 5 and a laser beam release can be issued.
  • the partition 6 can have a movable partition flap 8 in the area in which the processing head 3 moves between the first work area 4 and the second work area 5. In an operating state in which the processing head 3 is in the first work area 4 or the second work area 5, this is extended and thus creates a maximum area of the partition 6. In an operating state in which the processing head 3 moves between the work areas 4, 5, the partition flap 8 is retracted and thus releases an area that enables the processing head 3 to move between the first work area 4 and the second work area 5.
  • the separating flap 8 is extended, just like in Figure 6a, so that the area of the partition wall 6 is at its maximum.
  • the processing head 3 assumes a position such that the laser beam passes over the partition wall 6 with the separating flap 8 extended from the first working area 4 into the second working area 5.
  • the laser beam passes into the second scanner field 7, so that, as described above, no laser beam release can be given. In this way, the greatest possible flexibility in the position and alignment of the machining head 3 is combined with the greatest possible safety in two-station operation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Steuereinheit (100) zum Einsatz in einem Lasersystem (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, wobei die Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist, eine mittels einer Bewegungseinheit (2) veränderbare translatorische Position (x, y, z) eines Bearbeitungskopfes (3) anhand zumindest einer Translationsachsenstellung zu erfassen; eine mittels der Bewegungseinheit (2) veränderbare rotatorische Ausrichtung (a, b, c) des Bearbeitungskopfes (3) anhand zumindest einer Rotationsachsenstellung zu erfassen; und eine Laserstrahlfreigabe zur Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück zu erteilen oder zu entziehen, wobei die Laserstrahlfreigabe abschließend von der translatorischen Position (x, y, z) und/oder der rotatorischen Ausrichtung (a, b, c) des Bearbeitungskopfes (3) abhängt. Die Erfindung betrifft ferner ein Lasersystem (1) sowie ein Verfahren zur Anwendung eines Laserstrahls auf ein Werkstück.

Description

Steuereinheit zur Erteilung einer Laserstrahlfreigabe in einem Lasersystem
Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft eine Steuereinheit zum Einsatz in einem Lasersystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls. Sie betrifft ferner ein Lasersystem sowie ein Verfahren zur Anwendung eines Laserstrahls auf ein Werkstück.
Stand der Technik
Lasersysteme, insbesondere mehrachsige Lasersysteme, haben sich in den letzten Jahren zu einer unverzichtbaren Technologie in vielen Industriezweigen entwickelt. Sie bieten eine hohe Präzision, eine hohe Flexibilität und ermöglichen es, Materialien effizient zu bearbeiten, etwa zu schneiden oder zu schweißen. Aufgrund der hohen Energiedichte eines Laserstrahls eines gattungsgemäßen Lasersystems ist es erforderlich, das Lasersystem mit einem Laserschutz auszustatten. Dieser soll verhindern, dass der Laserstrahl auf einen Bereich außerhalb seines Bearbeitungsbereichs trifft, was zu einer Beschädigung einer Schutzkabine sowie zu einer Gefährdung von Menschen in der Umgebung führen kann. Für den Laserschutz kommen passive oder aktive Anwendungen zum Einsatz. Ein passiver Laserschutz wird beispielsweise durch eine das Lasersystem umgebende Schutzkabine gewährleistet, die einem Energieeintrag durch den Laserstrahl eine gewisse Zeit standhält. Ein aktiver Laserschutz wird durch ein sensorausgestattetes Laserschutzsystem bereitgestellt und ist etwa aus der Offenlegungsschrift DE 10 2015219 369 A1 bekannt. Diese offenbart eine Sicherheitseinrichtung für ein Lasersystem mit einem mehrachsigen Manipulator. Weiterer gattungsgemäßer Stand der Technik ist aus der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005 007 140 U1 und den Offenlegungsschriften US 2018 / 0113434A1 und DE 10 2012 216632 A1 bekannt.
Darstellung der Erfindung Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Steuereinheit zum Einsatz in einem Lasersystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls sowie ein Verfahren zur Anwendung eines Laserstrahls auf ein Werkstück bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine Steuereinheit und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Steuereinheit zum Einsatz in einem Lasersystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls vorgeschlagen. Die Steuereinheit kann eines oder mehrere Steuergeräte aufweisen. Ein Steuergerät kann sich aus elektronischen Modulen zusammensetzen, die eine bestimmte Funktion des Lasersystems steuern oder regeln. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, eine mittels einer Bewegungseinheit veränderbare translatorische Position eines Bearbeitungskopfes anhand zumindest einer Translationsachsenstellung zu erfassen. Die translatorische Position kann im dreidimensionalen Raum über kartesische Koordinaten x, y, z angegeben werden. Sie kann sich daher aus einer x-Position, einer y-Position und einer z-Position zusammensetzen. Jede dieser Positionen kann eine eigene Translationsachsenstellung aufweisen. So kann die translatorische Position des Bearbeitungskopfes anhand von drei Translationsachsenstellungen erfasst werden. Die Bewegungseinheit kann einen Antrieb, etwa einen Linearantrieb, aufweisen, der zumindest eine, insbesondere drei Translationsachsenstellungen verändert, um den Bearbeitungskopf zu bewegen, etwa an eine für eine vorgesehene Bearbeitung des Werkstücks vorgesehene Position. Der Bearbeitungskopf kann etwa ein Laserschneidkopf oder ein Laserschweißkopf sein. Er lässt sich beispielsweise mittels eines Schlittens in seiner translatorischen Position bewegen. Der Bearbeitungskopf kann eine Fokussieroptik mit einer Fokussierlinse aufweisen. Diese fokussiert den Laserstrahl, der beispielsweise über ein Umlenkgehäuse und ein Laserlichtkabel mit einer Laserquelle, etwa einem Festkörperlaser, verbunden ist.
Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, eine mittels der Bewegungseinheit veränderbare rotatorische Ausrichtung des Bearbeitungskopfes anhand zumindest einer Rotationsachsenstellung zu erfassen. Die rotatorische Ausrichtung kann über eine Winkelstellung um die zumindest eine Rotationsachse angegeben werden. Die rotatorische Ausrichtung kann über zwei oder drei Rotationsachsen verändert werden, um ein Mehrachsensystem, insbesondere ein 5- Achsenlasersystem oder ein 6-Achsenlasersystem, bereitzustellen. Jede dieser Rotationsachsenstellungen kann erfasst werden und die rotatorische Ausrichtung ergeben. Die Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes setzen sich aus der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung zusammen. Die Steuereinheit ist ferner dazu eingerichtet, eine Laserstrahlfreigabe zur Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück zu erteilen oder zu entziehen, wobei die Laserstrahlfreigabe von einer seriellen, mithin zweistufigen, Prüfung der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes abhängt, insbesondere abschließend abhängt. Die serielle Prüfung kann zweistufig zunächst eine erste Bedingung, etwa das Vorliegen einer translatorischen Bedingung, und - sofern diese vorliegt - eine zweite Bedingung, etwa das Vorliegen einer rotatorischen Bedingung, prüfen. Wenn die Laserstrahlfreigabe abschließend von der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes abhängt, kann der Laserstrahl allein auf Basis der Eingangsgrößen Translationsachsenstellung und Rotationsachsenstellung freigegeben werden. Die serielle Prüfung kann ein aktives Abfragen ebenso wie ein passives Auswerten umfassen. Beim aktiven Abfragen wird die Steuereinheit insbesondere kontinuierlich über die translatorische Position und, falls erforderlich, die rotatorische Ausrichtung unterrichtet und erteilt abhängig hiervon eine Laserstrahlfreigabe. Beim passiven Auswerten wird die Steuereinheit zumindest dann über die translatorische Position und/oder die rotatorische Rotation unterrichtet, wenn die zumindest eine Translationsachsenstellung und/oder die zumindest eine Rotationsachsenstellung in einem vorbestimmten Bereich sind oder einen bestimmten Wert, der etwa in der Steuereinheit hinterlegt ist, überschritten haben. Abhängig hiervon kann eine Laserstrahlfreigabe entzogen werden. Die serielle Prüfung kann, abhängig von dem Ergebnis der Prüfung der translatorischen Position, die Prüfung der rotatorischen Ausrichtung erforderlich machen oder schon nach der Prüfung der translatorischen Position abgeschlossen sein, weil sich schon aus der translatorischen Position ergibt, ob eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen ist oder nicht.
Die Laserstrahlfreigabe kann ein Programmbefehl sein, den die Steuereinheit an den Laser sendet, um ihm die Freigabe zu erteilen, den Laserstrahl an eine von dem Bearbeitungskopf avisierte Position auf dem Werkstück anzuwenden oder um ihm die Freigabe zu entziehen, den Laserstrahl an eine von dem Bearbeitungskopf avisierte Position auf dem Werkstück anzuwenden. Die avisierte Position auf dem Werkstück kann über die translatorische Position und die rotatorische Ausrichtung des Bearbeitungskopfes sowie über eine der Steuereinheit mitgeteilte Werkstückgeometrie erfasst werden. Die Steuereinheit kann somit in Reaktion darauf, dass ihr die Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes anhand zumindest einer Translationsachsenstellung und zumindest einer Rotationsachsenstellung mitgeteilt wurden, eine Laserstrahlfreigabe erteilen oder entziehen. Die serielle Prüfung kann beispielsweise in drei Fallgruppen unterteilt werden: (i) Liegt die translatorische Position des Bearbeitungskopfes beispielsweise außerhalb eines Bearbeitungsbereiches, wird dies der Steuereinheit anhand der entsprechenden Translationsachsenstellung kommuniziert und die Steuereinheit erteilt dem Laser und dem mit ihm verbundenen Bearbeitungskopf keine Laserstrahlfreigabe, unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes, (ii) Liegt die translatorische Position hingegen innerhalb des Bearbeitungsbereichs und innerhalb eines Schutzbereichs, so ist die rotatorische Ausrichtung zu prüfen, um eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen oder zu entziehen. Der Schutzbereich lässt sich etwa abhängig von der Laserleistung und/oder einer Art von Laseroptik, einer Schutzumhausung oder Schutzkabine des Lasersystems, und/oder einer Anwendung des Lasersystems zur Bearbeitung des Werkstücks anpassen. Der Schutzbereich kann einen Randbereich des Bearbeitungsbereichs darstellen, innerhalb dessen neben der translatorischen Position auch die rotatorische Ausrichtung zu prüfen ist. (iii) Liegt die translatorische Position innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs, ist eine Anwendung des Laserstrahls unabhängig von der Ausrichtung des Bearbeitungskopfes ungefährlich. Entsprechend erteilt die Steuereinheit dem Laser eine Laserstrahlfreigabe, unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes. Insofern findet eine serielle Prüfung statt, weil das Prüfen der rotatorischen Ausrichtung abhängig ist von dem Ergebnis der Prüfung der translatorischen Position.
So ist eine softwaregestützte Überwachung der Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes gewährleistet. Sie antizipiert, wenn der Laserstrahl auf Bereiche außerhalb des Bearbeitungsbereichs gerichtet ist, ohne auf lasersensitive Sensoren etwa außerhalb oder innerhalb des Bearbeitungsbereichs zurückzugreifen. So ist die Sicherheit von Lasersystemen erhöht, da das Vorliegen einer sicherheitsbeeinträchtigenden Bedingung bereits vor dem schädlichen Auftreffen eines Laserstrahls außerhalb seines Bearbeitungsbereichs erkannt und unterbunden wird. Zudem ist ein robustes und fehlerresistentes System bereitgestellt, da eine Laserstrahlfreigabe abschließend anhand der Position und/oder Ausrichtung erteilt bzw. entzogen werden kann. Die offenbarungsgemäße Steuereinheit ermöglicht ein effizientes und schlankes Lasersystem mit einem geringen Bedarf an Hardware für einen sicheren Betrieb.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, bei der seriellen Prüfung eine translatorische Bedingung, bei der die translatorische Position innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs ist, und eine rotatorische Bedingung, bei der die rotatorische Ausrichtung innerhalb eines vorbestimmten Rotationsbereichs ist, zu prüfen, wobei der vorbestimmte Rotationsbereich abhängig von der translatorischen Position variiert. So kann beispielsweise ein erster Wert einer rotatorischen Ausrichtung bei einer ersten translatorischen Position eine Laserstrahlfreigabe erhalten, also innerhalb des vorbestimmten Rotationsbereichs liegen, und derselbe erste Wert der rotatorischen Ausrichtung bei einer zweiten translatorischen Position keine Laserstrahlfreigabe erhalten, also außerhalb des vorbestimmten Rotationsbereichs liegen. Die Laserstrahlfreigabe kann erst dann erteilt werden, wenn die translatorische Bedingung und kumulativ die rotatorische Bedingung vorliegen. Dadurch, dass die rotatorische Bedingung von der translatorischen Position abhängt, also mit dieser variiert, ist der Bearbeitungsbereich maximiert und die Raumausnutzung optimiert. Die translatorische Position lässt sich in drei Bereiche einteilen: (i) außerhalb des Bearbeitungsbereichs, wo keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird, (ii) innerhalb des Bearbeitungsbereichs aber ebenso innerhalb des Schutzbereichs, wo eine Laserstrahlfreigabe abhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird, (iii) innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs, wo eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird.
Wenn die Steuereinheit beispielsweise eine translatorische Position erfasst, die sich an einem äußeren Rand eines Bearbeitungsbereichs befindet, etwa innerhalb des Bearbeitungsbereichs und innerhalb des Schutzbereichs, so wird die Laserstrahlfreigabe abhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt: Ist eine rotatorische Ausrichtung, etwa um eine Rotationsachse b, um beispielsweise 0° geneigt, ist die avisierte Position des Bearbeitungskopfes innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs, weshalb die Laserstrahlfreigabe erteilt bzw. nicht entzogen wird. Ist die rotatorische Ausrichtung hingegen beispielhaft in eine dem Bearbeitungsbereich abgewandte Ausrichtung, beispielsweise -10° geneigt, ist die avisierte Position des Bearbeitungskopfes innerhalb des Bearbeitungsbereichs und innerhalb des Schutzbereichs und die Laserstrahlfreigabe wird entsprechend nicht erteilt bzw. entzogen. Bei denselben Werten der rotatorischen Richtungen bei abweichenden translatorischen Position, kann die Laserstrahlfreigabe variieren. Diese dynamische Anpassung der Laserstrahlfreigabe ermöglicht eine hohe Flexibilität der Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes. Zudem wird der Bauraum des Lasersystems minimiert, was insbesondere dann, wenn das Lasersystem mehrere Arbeitsbereiche nebeneinander umfasst, wie beispielsweise in einem Zweistationenbetrieb, vorteilhaft ist. Die dynamische Anpassung dieser Ausführungsform ermöglicht ferner eine anpassbare Abwägung zwischen i) einem möglichst großen Bearbeitungsraum für den Laserstrahl und (ii) einem möglichst simplen Abfragen der Laserstrahlfreigabe. Auch die Sicherheit der erteilten Laserstrahlfreigabe ist dadurch erhöht.
In einer Ausführungsform sind der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich in Form eines Arrays in einem Speicherbereich der Steuereinheit hinterlegt. Ein Array kann das Speichern mehrerer Werte in einer Variablen ermöglichen. Einzelne Arrays und darin definierte Werte, beispielsweise ein Array des vorbestimmten Translationsbereichs, können mit anderen Arrays und darin definierten Werten, beispielsweise einem Array des vorbestimmten Rotationsbereichs, logisch verknüpft werden. Es kann zunächst ein erstes Array und dann in einer UND-Kombination ein zweites Array geprüft werden. Anstelle eines Arrays kann auch ein sicherer Softwarenocken verwendet werden, der sich mittels einer sicheren Logik verarbeiten lässt. Es ist auch möglich, den vorbestimmten Translationsbereich und/oder Rotationsbereich in Form von zumindest einer Lookup-Tabelle zu hinterlegen. Die Lookup-Tabelle kann beispielsweise zu den translatorischen Positionen im Schutzbereich diejenigen rotatorischen Richtungen auflisten, für die eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen ist.
Wenn der Bearbeitungskopf eine entsprechende Position einnimmt, kann somit über einen rechenarmen Abgleich mit dem Array (oder dem sicheren Softwarenocken oder der Lookup- Tabelle) ermittelt werden, ob eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen oder zu entziehen ist. Es können auch mehrere Arrays oder mehrere Werte innerhalb desselben Arrays abhängig von den verschiedenen translatorischen Positionen und/oder den verschiedenen Betriebsfaktoren, wie beispielsweise der Laserleistung, der Art von Laseroptik, der vorhandenen Schutzkabine und/oder der Anwendung des Lasersystems zur Bearbeitung des Werkstücks vorliegen. Die Anzahl der Arrays oder Werte innerhalb desselben Arrays kann den maximalen Bearbeitungsraum, innerhalb dessen die Laserstrahlfreigabe erteilt wird, und die erforderliche Rechenleistung zur Erteilung einer Laserstrahlfreigabe bestimmen. Mit zunehmender Arraygröße nehmen der Bearbeitungsraum und mit ihm die für die Laserstrahlfreigabe erforderliche Rechenleistung zu. Über die Arrays lassen sich daher mit Leistungskennziffern des Lasersystems anwendungsspezifisch anpassen.
In einer Ausführungsform werden der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich in einer einer Betriebsphase vorgelagerten Trainingsphase ermittelt. Die T rainingsphase kann an dem Lasersystem selbst oder zumindest teilweise an einer Simulation vorgenommen werden. Sie dient dazu, die Positionen und Richtungen zu ermitteln, in denen eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen bzw. nicht zu erteilen ist. Beispielsweise können für jede translatorische Position eine Vielzahl von rotatorischen Richtungen angesteuert werden, um den Bereich, für den eine Laserstrahlfreigabe erteilt werden soll, zu maximieren. Die Trainingsphase kann zur Ermittlung des optimalen Verhältnisses aus Bearbeitungsraum erforderlicher Rechenleistung dienen.
In einer Ausführungsform sind der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich abhängig von zumindest einem von (i) einer Laserleistung, die beispielsweise zwischen 3 und 8 kW liegen kann, und/oder einer Art von Laser, wie beispielsweise ein Hochleistungsfestkörperlaser, oder einer Art von Laseroptik (ii) einer Schutzkabine des Lasersystems, (iii) einer Anwendung des Lasersystems zur Bearbeitung des Werkstücks, wie beispielsweise Schweißen, etwa Tiefschweißen, und/oder Laserschneiden und/oder 3D- Laserbearbeitung und/oder (iv) optischen Parametern zur Strahlformung. Die Anpassbarkeit der Laserstrahlfreigabe an äußere Kenngrößen erhöht die Flexibilität der Steuereinheit sowie des Lasersystems.
In einer Ausführungsform läuft eine Erfassungskommunikation zwischen der Bewegungseinheit und der Steuereinheit zur Erfassung der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung mittels eines Erfassungspfades ab, der fehlersicher ist. Ein fehlersicherer Pfad ist in sicherer Übertragungstechnik realisiert und ermöglicht insbesondere eine sicherheitsgerichtete Bewegungsüberwachung und/oder eine fehlersichere speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, engl.: programmable logic controller, PLC). Er erfüllt strenge Sicherheitsanforderungen. Insbesondere erfüllt der fehlersichere Pfad die strengen Sicherheitsanforderungen nach (i) Sicherheitsklasse 2 (Safety Integrety Level 2, SIL 2) nach IEC 61508, (ii) Performance Level d (PL d) nach DIN EN ISO 13849 1 und/oder (iii) Kategorie 3 nach jener DIN EN ISO 13849 1. Die fehlersichere Positionserfassung ist beispielsweise einkanalig über einen Geber mit serieller Schnittstelle realisierbar. Der fehlersichere Pfad findet in sicherer Kommunikation statt und grenzt sich gegenüber unsicheren, in nicht-sicherer Technik vorliegenden Pfaden ab, indem er in dem Pfad vorliegende Fehler selbst erkennt und gegebenenfalls einen Alarm auslöst. Die Erfassungskommunikation greift insofern nicht auf eine nicht-sichere speicherprogrammierbare Steuerung (SPS, engl.: programmable logic controller, PLC) zurück, was deren Sicherheit erhöht. Die Erfassungskommunikation kann zwischen der Bewegungseinheit und einem eigens dafür vorgesehenen Steuergerät innerhalb der Steuereinheit stattfinden und unabhängig von anderen Pfaden sein. Auf diese Weise wird ein fehlerresistentes Mitteilen der Translationsachsenstellung und der Rotationsachsenstellung ermöglicht. Somit können höchste Sicherheitsstandards auch ohne fehlersensitive Sensoren erfüllt werden.
In einer Ausführungsform läuft eine Freigabekommunikation zwischen der Steuereinheit und der Bewegungseinheit zur Mitteilung einer erteilten Laserstrahlfreigabe mittels eines Freigabe pfades ab, der fehlersicher ist. Die Freigabekommunikation greift insofern auf keine nicht-sichere SPS zurück, was deren Sicherheit erhöht. Die Freigabekommunikation kann zwischen einem eigens dafür vorgesehenen Steuergerät innerhalb der Steuereinheit und der Bewegungseinheit stattfinden und unabhängig von anderen Pfaden sein. Insofern kann ein redundantes Steuergerät innerhalb der Steuereinheit vorgesehen sein, um die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Freigabekommunikation zu minimieren.
In einer Ausführungsform findet eine Bewegungskommunikation zwischen der Steuereinheit und der Bewegungseinheit zur Veränderung der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung mittels eines Bewegungspfades statt, wobei der Erfassungspfad und/oder der Freigabepfad unabhängig von dem Bewegungspfad implementiert ist. Der Bewegungspfad kann insofern einkanalig ausgestaltet sein und anders als der Erfassungspfad und/oder der Freigabepfad in nicht-sicherer Technik ausgestaltet sein. Beispielsweise können der Bewegungspfad, der Erfassungspfad und/oder der Freigabepfad über jeweils eigene Steuergeräte innerhalb des Steuereinheit verfügen, damit sie unabhängig voneinander sind. Die Erfassungskommunikation sowie die Freigabekommunikation kann in sicherer Technik ablaufen, die Bewegungskommunikation hingegen kann in nicht sicherer Technik SPS- oder auch NC-gesteuert sein.
In einer Ausführungsform ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die translatorische Position über zumindest einen Softwarenocken der Translationsachsenstellung zu erfassen und/oder die rotatorische Ausrichtung über zumindest einen Softwarenocken der Rotationsachsenstellung zu erfassen. Bei einem Softwarenocken handelt es sich um eine in der Steuereinheit hinterlegte Position einer Maschinenachse, etwa der zumindest einen, insbesondere jeden, Translations- sowie Rotationsachse, der eine Funktion zugeordnet ist. Bei Erreichen der Position der Maschinenachse, wird ein entsprechendes Signal gesandt. Beispielsweise können Softwarenocken für die zumindest eine, insbesondere jede, Translations- sowie Rotationsachse als Wegbegrenzung eingesetzt werden. Ein Erreichen einer mittels des Softwarenockens gekennzeichneten Achsenstellung kann ein Auslösen einer Rotationsstoppfunktion innerhalb der Steuereinheit auslösen, woraufhin ein weiteres Verdrehen der Maschinenachse durch die Bewegungseinheit bzw. den Bearbeitungskopf verhindert wird. Zudem können die Softwarenocken für die Laserstrahlfreigabe eingesetzt werden. Ein Erreichen einer mittels des Softwarenockens gekennzeichneten Achsenstellung bewirkt ein Auslösen einer Laserstrahlfreigabestoppfunktion innerhalb der Steuereinheit, woraufhin keine Laserstrahlfreigabe erteilt bzw. die Laserstrahlfreigabe entzogen wird. Die Softwarenocken können entsprechend der translatorischen Bedingung und/oder der rotatorischen Bedingung eingestellt und aktiviert werden.
In einer Ausführungsform weist die Steuereinheit ein erstes Steuergerät zur Steuerung der Bewegungseinheit und/oder des Bearbeitungskopfes und ein zweites Steuergerät zur Erteilung oder Entziehung der Laserstrahlfreigabe auf, wobei das erste Steuergerät unabhängig von dem zweiten Steuergerät ist. Dies erhöht die Redundanz des Lasersystems und insofern auch die Betriebssicherheit. Die einzelnen Steuergeräte können untereinander kommunizieren.
Die Offenbarung betrifft ferner ein Lasersystem zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, mit einer offenbarungsgemäßen der Steuereinheit und einem Bearbeitungskopf zur Ausrichtung des Laserstrahls auf das Werkstück, wobei der Bearbeitungskopf die durch zumindest eine Translationsachsenstellung bestimmte translatorische Position und die durch zumindest eine Rotationsachsenstellung bestimmte rotatorische Ausrichtung einnimmt, und wobei der Bearbeitungskopf dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl nur mit einer Laserstrahlfreigabe anzuwenden. Das Lasersystem hat ferner eine Bewegungseinheit zur Veränderung der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung. Das Lasersystem kann die im Zusammenhang mit der Steuereinheit offenbarten Merkmale aufweisen. In einer Ausführungsform ist die Translationsachsenstellung des Lasersystems von drei Linearachsen bestimmt und/oder die Rotationsachsenstellung ist von ein, zwei oder drei Rotationsachsen bestimmt ist. Ein solches Vier-, Fünf- oder Sechsachslasersystem ist ein 3D-Lasersystem, das den Bearbeitungskopf variabel bewegen kann. Durch die offenbarungsgemäße Steuereinheit ist sichergestellt, dass das Lasersystem in sicherer Technik, etwa unter Einsatz von Softwarenocken, betrieben ist.
In einer Ausführungsform hat das Lasersystem einen ersten Arbeitsbereich zur Bearbeitung eines ersten Werkstücks und einen zweiten Arbeitsbereich zur Bearbeitung eines zweiten Werkstücks, um einen Zweistationenbetrieb zu realisieren. Die Bewegungseinheit ist in diesem Fall dazu eingerichtet, den Bearbeitungskopf zwischen dem ersten Arbeitsbereich und dem zweiten Arbeitsbereich zu bewegen. So kann zunächst ein Werkstück in dem ersten Arbeitsbereich bearbeitet werden und anschließend der Bearbeitungskopf zum zweiten Arbeitsbereich verfahren werden, um ein zweites Werkstück zu bearbeiten, während in dem ersten Arbeitsbereich beispielsweise ein Werkstück ausgetauscht wird. Dies garantiert eine zeiteffiziente Bearbeitung bei hohen Stückzahlen. Zwischen dem ersten Arbeitsbereich und dem zweiten Arbeitsbereich ist eine Trenneinrichtung zur Abschirmung des Bedieners vor Laserstrahlung vorgesehen. Die Trenneinrichtung dient dazu, einen Laserstrahl, der aus dem ersten Arbeitsbereich auf den zweiten Arbeitsbereich gerichtet ist, abzuschirmen. Die Trenneinrichtung kann zusätzlich zur und innerhalb der Schutzkabine, die das Lasersystem umgibt, vorgesehen sein.
In einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung als eine Trennwand ausgestaltet, deren Höhe zumindest abschnittsweise ausreichend groß ist, um die Abschirmung zwischen dem ersten und dem zweiten Arbeitsbereich vorzunehmen, und ausreichend klein ist, um die Bewegung des Bearbeitungskopfes zwischen dem ersten Arbeitsbereich und dem zweiten Arbeitsbereich zu ermöglichen. Die Trennwand kann eine verfahrbare Trennklappe aufweisen. Diese kann in einem Bereich, in dem der Bearbeitungskopf zwischen dem ersten Arbeitsbereich und dem zweiten Arbeitsbereich verfährt, ein- und ausfahrbar sein. Im ausgefahrenen Zustand kann sie bündig mit einer Oberkante der Trennwand abschließen. Im eingefahrenen Zustand stellt sie innerhalb der Trennwand eine Aussparung bereit, durch die der Bearbeitungskopf beim Verfahren von dem einen zum anderen Arbeitsbereich fährt. Die Trennklappe ermöglicht daher einerseits eine maximale Fläche der Trennwand zur maximalen Sicherheit, zum anderen ein flexibles Verfahren des Bearbeitungskopfes im Zweistationenbetrieb.
In einer Ausführungsform ist zu dem ersten Arbeitsbereich ein erstes Scannerfeld und zu dem zweiten Arbeitsbereich ein zweites Scannerfeld definiert. Das jeweilige Scannerfeld definiert den Bereich, der vor dem Laserstrahl aus dem benachbarten Arbeitsbereich zu schützen ist, etwa weil sich darin bei einem Wechsel des Werkstücks ein Bediener aufhalten kann. Der Abstand von dem Scannerfeld zur potentiellen Laserstrahlung kann derart ausgelegt werden, dass eine Abschaltzeit des Laserstrahls berücksichtigt wird. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet, bei der seriellen Prüfung zu überprüfen, ob, wenn der Bearbeitungskopf im ersten Arbeitsbereich ist, der Laserstrahl auf das zweite Scannerfeld gerichtet ist und/oder wenn der Bearbeitungskopf im zweiten Arbeitsbereich ist, der Laserstrahl auf das erste Scannerfeld gerichtet ist, um nur dann eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen, wenn der Laserstrahl nicht auf das entsprechende Scannerfeld gerichtet ist. Die Steuereinheit kann daher dazu eingerichtet sein, die Laserstrahlfreigabe zur Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück nicht zu erteilen oder zu entziehen, wenn der Bearbeitungskopf im ersten Arbeitsbereich ist und der Laserstrahl auf das zweite Scannerfeld gerichtet ist oder wenn der Bearbeitungskopf im zweiten Arbeitsbereich ist und der Laserstrahl auf das erste Scannerfeld gerichtet ist. Über das Scannerfeld und die Trennwand lässt sich damit die Sicherheit im Zweistationenbetrieb erhöhen.
Die Offenbarung betrifft auch ein Verfahren zur Anwendung eines Laserstrahls auf ein Werkstück, aufweisend die folgenden Schritte:
Erfassen einer translatorischen Position einer Bewegungseinheit anhand zumindest einer Translationsachsenstellung und einer rotatorischen Ausrichtung der Bewegungseinheit anhand zumindest einer Rotationsachsenstellung. Das Erfassen kann kontinuierlich erfolgen oder nur dann, wenn die Translationsachsenstellung und/oder die Rotationsachsenstellung in einem bestimmten Bereich sind, etwa einen bestimmten Wert über- oder unterschreiten. Es können ferner die translatorischen Positionen von drei Translationsachsen, etwa Achsen zur Linearbewegung, und die rotatorische Ausrichtung von zwei oder drei Rotationsachsen erfasst werden.
Prüfen einer translatorischen Bedingung, ob die translatorische Position innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs liegt. Das Prüfen kann sowohl so ausgestaltet sein, dass es das Vorliegen innerhalb des Freigabebereichs erfasst, als auch so, dass es das Verlassen eines Freigabebereichs erfasst. Ersteres betrifft ein aktives Abfragen, letzteres ein passives Auswerten, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Steuereinheit erläutert. Prüfen einer rotatorischen Bedingung, ob die rotatorische Ausrichtung innerhalb eines vorbestimmten Rotationsbereichs liegt. Die rotatorische Bedingung kann kumulativ nach der translatorischen Bedingung geprüft werden. Sie kann insbesondere nur dann geprüft werden, wenn die translatorische Bedingung Anlass dazu gibt, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Steuereinheit erläutert.
Erteilen einer Laserstrahlfreigabe, wenn die translatorische Bedingung und die rotatorische Bedingung vorliegen, wobei der Laserstrahl nur mit der Laserstrahlfreigabe auf das Werkstück anwendbar ist. Der Bearbeitungskopf ist auf diesem Wege nicht in der Lage, einen Laserstrahl auf das Werkstück anzuwenden, wenn keine Laserstrahlfreigabe vorliegt bzw. wenn eine Laserstrahlfreigabe entzogen wurde.
Dieses Verfahren ermöglicht eine softwaregestützte Überwachung der Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes. Es antizipiert - analog zur Steuereinheit - wenn der Laserstrahl auf Bereiche außerhalb des Bearbeitungsbereichs gerichtet ist, ohne auf lasersensitive Sensoren etwa außerhalb oder innerhalb des Bearbeitungsbereichs zurückzugreifen. So ist die Sicherheit von Lasersystemen erhöht, da das Vorliegen einer sicherheitsbeeinträchtigenden Bedingung bereits vor dem schädlichen Auftreffen eines Laserstrahls außerhalb seines Bearbeitungsbereichs erkannt und unterbunden wird. Zudem ist ein robustes und fehlerresistentes System bereitgestellt, da eine Laserstrahlfreigabe abschließend anhand der Position und/oder Ausrichtung erteilt bzw. entzogen werden kann. Das Verfahren ermöglicht ein effizientes und schlankes Lasersystem mit einem geringen Bedarf an Hardware für einen sicheren Betrieb.
In einer Ausführungsform des Verfahrens variiert das Vorliegen der rotatorischen Bedingung mit der translatorischen Position. Dadurch, dass die rotatorische Bedingung von der translatorischen Position abhängt, ist der Bearbeitungsbereich maximiert und die Raumausnutzung optimiert. Die translatorische Position lässt sich in drei Bereiche einteilen: (i) außerhalb des Bearbeitungsbereichs, wo keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird, (ii) innerhalb des Bearbeitungsbereichs aber ebenso innerhalb des Schutzbereichs, wo eine Laserstrahlfreigabe abhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird, (iii) innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs, wo eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Steuereinheit erläutert. Das offenbarungsgemäße Verfahren kann auf dem offenbarungsgemäßen Lasersystem mit der Steuereinheit ausgeführt werden. Es lassen sich die vorstehend im Zusammenhang mit der Steuereinheit oder dem Lasersystem offenbarten Merkmale, Effekte und Vorteile daher - insofern sie auf Verfahrensschritte entsprechend Anwendung finden - entsprechend auf das Verfahren anwenden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine Seitenansicht eines offenbarungsgemäßen Lasersystems;
Figur 2 eine weitere Seitenansicht eines offenbarungsgemäßen Lasersystems;
Figur 3 eine weitere Seitenansicht eines offenbarungsgemäßen Lasersystems mit einer Position, in der eine Laserstrahlfreigabe erteilt wird und einer Position, in der keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird;
Figur 4 eine weitere Seitenansicht eines offenbarungsgemäßen Lasersystems mit einer Position, in der eine Laserstrahlfreigabe erteilt wird und einer Position, in der keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird;
Figur 5 ein Ablaufdiagramm einer offenbarungsgemäßen seriellen Prüfung;
Figur 6a eine weitere Seitenansicht eines offenbarungsgemäßen Lasersystems im Zweistationenbetrieb, in einem ersten Betriebszustand, in dem eine Freigabe erteilt wird; und
Figur 6b die Seitenansicht aus Figur 6a in einem zweiten Betriebszustand, in dem keine Freigabe erteilt wird bzw. die Freigabe entzogen wird.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In Figur 1 ist schematisch ein Lasersystem 1 zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls gezeigt. Das Lasersystem 1 weist eine Steuereinheit 100 auf, die eines oder mehrere Steuergeräte, die miteinander zumindest teilweise in Verbindung stehen, umfasst. Eine Bewegungseinheit 2 ist dazu eingerichtet, einen Bearbeitungskopf 3 zu bewegen, mithin dessen translatorische Position, die sich anhand kartesischer Koordinaten, x, y, z, bestimmen lässt und dessen rotatorische Ausrichtung, die sich über Winkelspannen um Rotationsachsen a, b, c bestimmen lässt, zu verändern. Der Bearbeitungskopf 3 kann beispielsweise eine Laseroptik umfassen. Er dient dazu, beispielsweise über einen Lichtleiter zugeführte Laserstrahlung auf das Werkstück zu fokussieren oder darauf abzubilden, um eine Bearbeitung des Werkstücks mittels der Laserstrahlung vorzunehmen. Eine Freigabe des Laserstrahls zur Beaufschlagung des Werkstücks mit dem Laserstrahl kann vorgesehen sein, um die Sicherheit der umliegenden Bereiche zu gewährleisten. Unter Bereichen werden hier räumliche Bereiche verstanden.
Der Bearbeitungskopf 3 beaufschlagt das Werkstück entsprechend nur mit dem Laserstrahl, wenn eine Laserstrahlfreigabe vorliegt. Beispielsweise kann vor jeder Zündung des Laserstrahls eine Laserstrahlfreigabe aktiv erteilt werden. Alternativ kann eine Laserstrahlfreigabe in dem Fall, in dem der Laserstrahl auf einen unzulässigen Bereich angewendet würde, entzogen werden. Die Laserstrahlfreigabe zur Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück hängt von einer seriellen Prüfung der translatorischen Position und der rotatorischen Position des Bearbeitungskopfes 3 ab.
Die Steuereinheit 100 erfasst eine Translationsachsenstellung von zumindest einer, insbesondere jeder der x-, y-, z-Achsen, die die translatorische Position bestimmen. In zumindest einer, insbesondere jeder x-, y-, z-Achse ist ein Paar von Softwarenocken vorgesehen. Eine Softwarenocke gibt eine Position einer Maschinenachse an, der eine bestimmte Funktion zugeordnet ist. So kann die Steuereinheit ein weiteres Verfahren oder Verdrehen der Achse unterbinden, wenn die Translationsachsenstellung eine Softwarenocke erreicht. Entsprechend erfasst die Steuereinheit 100 auch eine Rotationsachsenstellung von zumindest einer, insbesondere jeder der a-, b-, c-Achsen, die die rotatorische Ausrichtung bestimmen. In zumindest einer, insbesondere jeder a-, b-, c-Achse ist ein Paar von Softwarenocken vorgesehen.
Die serielle Prüfung der translatorischen Position und der rotatorischen Ausrichtung prüft zunächst das Vorliegen einer translatorischen Bedingung, bei der die translatorische Position innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs ist. Die translatorische Bedingung kann für jede der drei Translationsachsen x, y, z geprüft werden. Diese Prüfung der translatorischen Bedingung der Translationsachsen x, y, z kann parallel zueinander ablaufen. Alternativ kann sie seriell ablaufen, sodass zunächst die translatorische Bedingung der x-Achse, dann die translatorische Bedingung der y-Achse und dann die translatorische Bedingung der z-Achse geprüft wird. Die Prüfung der translatorischen Bedingung lässt sich in drei Fallgruppen unterteilen, die nachstehend anhand der x-Achse gezeigt sind. Die Lehre dieser Fallgruppen lässt sich analog auf die y-Achse und die z- Achse anwenden.
(i) Bei x = 0 ist der Bearbeitungskopf 3 in zentraler Position. Diese Position x = 0 ist innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb eines Schutzbereichs. Der Schutzbereich kann einen Randbereich des Bearbeitungsbereichs darstellen, innerhalb dessen neben der translatorischen Position auch die rotatorische Ausrichtung zu prüfen ist. Der Schutzbereich kann in der Steuereinheit angepasst werden. Die translatorische Bedingung derx-Position für die Laserstrahlfreigabe ist erfüllt, weil die translatorische Position innerhalb des Bearbeitungsbereichs ist. Wenn auch die translatorische Bedingung der y-Position und der z-Position so erfüllt ist, dass die jeweilige Position innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs ist, erteilt die Steuereinheit 100 eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes 3 (dazu auch Figur 5).
(ii) Bei x = +/- x1 beginnt ein Schutzbereich derx-Position. Dieser erstreckt sich bis zur Position x = +/- x2. Wenn sich der Bearbeitungskopf 3 innerhalb des Schutzbereiches derx- Position befindet, wird eine rotatorische Bedingung geprüft. Dabei wird das Vorliegen einer rotatorischen Bedingung, bei der die rotatorische Ausrichtung innerhalb eines vorbestimmten Rotationsbereichs ist, geprüft. Die rotatorische Bedingung wird seriell nach der translatorischen Bedingung geprüft (dazu auch Figur 5).
(iii) Bei x > |x2| befindet sich der Bearbeitungskopf außerhalb des Schutzbereichs und außerhalb des Bearbeitungsbereichs. Unabhängig von den weiteren Bedingungen, d. h. von der translatorischen Bedingung der y-Achse und der z-Achse sowie der rotatorischen Bedingung, wird außerhalb des Bearbeitungsbereichs keine Laserstrahlfreigabe erteilt (dazu auch Figur 5).
Die rotatorische Ausrichtung wird seriell nach der translatorischen Position geprüft. Wenn alle drei translatorischen Positionen, d. h. die x-Position, die y-Position und die z-Position, in die vorstehende Fallgruppe (i) fallen, wird die rotatorische Ausrichtung nicht geprüft, weil sich der Bearbeitungskopf 3 innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs befindet und daher ohnehin eine Laserstrahlfreigabe erteilt wird. Wenn zumindest eine der translatorischen Positionen in die vorstehende Fallgruppe (iii) fällt, wird die rotatorische Ausrichtung ebenfalls nicht geprüft, weil sich der Bearbeitungskopf 3 außerhalb des Bearbeitungsbereichs befindet und daher ohnehin keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird. Wenn die translatorische Position indes in die vorstehende Fallgruppe (ii) fällt, ist die Prüfung der rotatorischen Ausrichtung erforderlich, um eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen oder zu entziehen. Abhängig davon, welche translatorische Position der Bearbeitungskopf 3 innerhalb der vorstehenden Fallgruppe (ii), d. h. innerhalb des Schutzbereichs, einnimmt, variiert die rotatorische Ausrichtung, bei der eine Laserstrahlfreigabe erteilt oder entzogen wird. Insofern findet eine serielle Prüfung statt, weil das Prüfen der rotatorischen Ausrichtung abhängig ist von dem Ergebnis der Prüfung der translatorischen Position.
Figur 2 zeigt das Lasersystem 1 aus einer anderen Richtung. Der Bearbeitungskopf 3 weist einen Versatz entlang der y-Richtung auf. Das Lasersystem 1 ist ein 3D-Lasersystem. Der Bearbeitungskopf 3 lässt sich mittels der Bewegungseinheit 2 in allen drei Raumrichtungen x, y, z translatorisch, etwa durch einen Linearantrieb, verfahren. Zudem lässt sich der Bearbeitungskopf 3 mittels der Bewegungseinheit 2 um Rotationsachsen, etwa um drei Rotationsachsen a, b, c oder um zwei Rotationsachsen b, c, drehen. Das Lasersystem 1 erreicht dadurch eine maximale Flexibilität in der Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück, etwa dem Laserschweißen und/oder dem Laserschneiden. Es lassen sich daher vielseitige Werkstückgeometrien in flexiblen Formen bearbeiten.
In Figur 3 ist ein Beispiel dafür gezeigt, wie die Laserstrahlfreigabe in der vorstehenden Fallgruppe (ii), d. h. in dem Schutzbereich, von der rotatorischen Ausrichtung des Bearbeitungskopfes 3 abhängt. Eine translatorische x-Position des Bearbeitungskopfes 3 liegt zwischen einem Wert x1 und x2. Der Bearbeitungskopf 3 liegt in derx-Richtung also innerhalb des Bearbeitungsbereichs und innerhalb des Schutzbereichs. Nimmt der Bearbeitungskopf 3 in der rotatorischen Ausrichtung um die Rotationsachse b, die aus der Zeichenebene herausragt, den Winkel b1 an, erreicht der Laserstrahl den Bearbeitungsbereich. Entsprechend wird für diesen Fall b = b1 eine Laserstrahlfreigabe erteilt bzw. nicht entzogen. Nimmt der Bearbeitungskopf 3 in der rotatorischen Ausrichtung um die Rotationsachse b hingegen den Winkel b2 an, ist der Laserstrahl außerhalb des Bearbeitungsbereichs. Entsprechend wird für diesen Fall b = b2 eine Laserstrahlfreigabe nicht erteilt bzw. entzogen. In einem dritten Fall könnte der Bearbeitungskopf 3 in der rotatorischen Ausrichtung um die Rotationsachse b auch den Winkel b = 0 einnehmen. In diesem Fall verläuft der Laserstrahl vollständig innerhalb des Schutzbereichs. In diesem Fall kann eine Laserstrahlfreigabe wahlweise erteilt werden. Beispielsweise können die kritischen Werte fürx und b so ermittelt werden, dass bei einem Auftreffen des Laserstrahls auf die Schutzkabine eine etwa zuvor festgelegte minimale Standzeit der Schutzkabine nicht unterschritten wird.
Auf diese Weise ist der Einsatzbereich des Laserstrahls erhöht, weil auch innerhalb des Schutzbereichs aufgrund der seriellen Prüfung abhängig von der rotatorischen Ausrichtung Laserstrahlfreigabe erteilt werden können. Die Position x = x1 stellt dem x-Softwarenocken dar. Ab dieser Position wird der Steuereinheit 100 anhand der Translationsachsenstellung der x-Achse mitgeteilt, dass sich der Bearbeitungskopf 3 in dem Schutzbereich befindet. Der Softwarenocken ist damit nicht nur für eine Wegbegrenzung, sondern auch für die Laserstrahlfreigabe genutzt. Entsprechend der x-Achse haben insbesondere auch alle weiteren Achsen des mehrachsigen Lasersystems 1 entsprechende Softwarenocken, die für die Laserstrahlfreigabe genutzt werden. In einem Ausführungsfall kann die z-Achse auch frei von Softwarenocken ausgestaltet sein. Wird der Bearbeitungskopf 3 von der Bewegungseinheit 2 entlang derx-Richtung in einen Bereich zwischen x = 0 und x < x1 bewegt, ist die vorstehende Fallgruppe (i) einschlägig, in der eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird. Wird der Bearbeitungskopf 3 von der Bewegungseinheit 2 entlang der x-Richtung in einen Bereich x > x2 bewegt, ist die vorstehende Fallgruppe (iii) einschlägig, in der eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung nicht erteilt wird.
In Figur 4 ist das Lasersystem 1 in einem weiteren Betriebszustand dargestellt. Der Bearbeitungskopf 3 befindet sich entlang der z-Translationsachse an einer Position z, die innerhalb der Positionen z1 und z2, mithin innerhalb des Schutzbereichs der z- Achse, liegt. In dieser Position ist die vorstehende Fallgruppe (ii) einschlägig, in der für eine Laserstrahlfreigabe die rotatorische Ausrichtung zu prüfen ist. Dargestellt ist ein Verschwenken des Bearbeitungskopfes 3 um die b- Achse. Nimmt der Bearbeitungskopf 3 in der dargestellten z-Position eine Rotation um b3 = 90° ein, ist der Laserstrahl innerhalb des Schutzbereichs und erhält daher eine Laserstrahlfreigabe. Nimmt der Bearbeitungskopf 3 in der dargestellten z-Position hingegen eine Rotation um b4 gleich 94,2° ein, ist der Laserstrahl außerhalb des Schutzbereichs und erhält daher keine Laserstrahlfreigabe. Die rotatorische Ausrichtung b3 = 90° stellt einen Softwarenocken der b-Achse dar. Ab dieser Position wird der Steuereinheit 100 anhand der Rotationsachsenstellung der b-Achse mitgeteilt, dass sich der Bearbeitungskopf 3 in dem Schutzbereich befindet. Der Softwarenocken ist damit nicht nur für eine Wegbegrenzung, sondern auch für die Laserstrahlfreigabe genutzt. Wird der Bearbeitungskopf 3 von der Bewegungseinheit 2 entlang der z-Richtung in einen Bereich zwischen z = 0 und z < z1 bewegt, ist die vorstehende Fallgruppe (i) einschlägig, in der eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung erteilt wird. Wird der Bearbeitungskopf 3 von der Bewegungseinheit 2 entlang der z-Richtung in einen Bereich z > z2 bewegt, ist die vorstehende Fallgruppe (iii) einschlägig, in der eine Laserstrahlfreigabe unabhängig von der rotatorischen Ausrichtung nicht erteilt wird.
Figur 5 zeigt ein Ablaufdiagramm der seriellen Prüfung. In Feld 101 wird eine translatorische
Bedingung geprüft. Bei der Prüfung translatorischen Bedingung wird abgefragt, ob eine translatorische Position des Bearbeitungskopfes 3 innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs ist. Diese Prüfung kann parallel für jede translatorische Richtung x, y, z durchgeführt werden, insbesondere kann sie auch nur für die x-Richtung oder nur für die x- und y- Richtung durchgeführt werden. Alternativ kann diese Prüfung seriell zunächst die erste, dann die zweite, dann die dritte translatorische Richtung prüfen. Abhängig von dem Ergebnis der translatorischen Bedingung können weitere Schritte folgen. Ist zumindest eine der translatorischen Positionen x, y, z außerhalb des Bearbeitungsbereichs, also größer als x2 bzw. y2 bzw. z2, Schritt 102, wird keine Laserstrahlfreigabe erteilt, Feld 103. Ist dagegen jede translatorische Position x, y, z innerhalb des Bearbeitungsbereichs und außerhalb des Schutzbereichs, also kleiner als x1 bzw. y1 bzw. z1 , Schritt 104, wird eine Laserstrahlfreigabe erteilt, Feld 105. Für die Schritte 102,104 ist keine Prüfung der rotatorischen Ausrichtung erforderlich, weil sich schon aus der translatorischen Position ergibt, ob eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen ist oder nicht. Die serielle Prüfung ist damit schon abgeschlossen. Ist zumindest eine der translatorischen Positionen x, y, z in dem Schutzbereich, also zwischen x1 und x2 bzw. y1 und y2 bzw. z1 und z2, Schritt 106, ist eine rotatorische Bedingung zu prüfen, Feld 107. Abhängig davon, welche der drei translatorischen Positionen x, y, z in dem Schutzbereich ist, und abhängig davon, welchen translatorischen Positionswert die jeweilige translatorische Position innerhalb des Schutzbereichs einnimmt, variiert der vorbestimmten Rotationsbereichs, innerhalb dessen die rotatorische Ausrichtung liegen kann, um die rotatorische Bedingung zu erfüllen. Der jeweils mit der translatorischen Position variierende Rotationsbereichs ist beispielsweise als Array in einem Speicherbereich der Steuereinheit 100 hinterlegt. Er kann in einer der Betriebsphase der Steuereinheit 100 vorgelagerten Trainingsphase ermittelt werden und abhängig von äußeren Faktoren, wie der Laserleistung und oder der Art von Laseroptik, einer Schutzkabine des Lasersystems und oder einer Anwendung des Lasersystems zur Bearbeitung des Werkstücks variieren. Die Prüfung der rotatorischen Ausrichtung ergibt entweder, dass die rotatorische Bedingung nicht erfüllt ist, Schritt 108, weshalb keine Laserstrahlfreigabe erteilt wird, Feld 103. Alternativ ergibt die Prüfung der rotatorischen Ausrichtung, dass die rotatorische Bedingung erfüllt ist, Schritt 109, weshalb eine
Laserstrahlfreigabe erteilt wird, Feld 105. Wenn der Bearbeitungskopf 3 beispielsweise eine neue translatorische Position und rotatorische Ausrichtung einnimmt und die Steuereinheit 100 diese Position und Ausrichtung anhand der jeweiligen Achsstellungen erfasst, kann der Ablauf aus Figur 5 wieder von vorne beginnen.
In den Figuren 6a, 6b ist das Lasersystem 1 im Zweistationenbetrieb dargestellt. Im Zweistationenbetrieb weist das Lasersystem 1 einen ersten Arbeitsbereich 4 und einen zweiten Arbeitsbereich 5 auf. In jedem Arbeitsbereich 4, 5 ist jeweils zumindest ein Werkstück bearbeitetbar. Zwischen dem ersten Arbeitsbereich 4 und dem zweiten Arbeitsbereich 5 ist eine Trennwand 6 als Trenneinrichtung angeordnet. Der Bearbeitungskopf 3 ist zwischen dem ersten Arbeitsbereich 4 und im zweiten Arbeitsbereich verfahrbar. In dem in Figur 6a dargestellten Zustand befindet sich der Bearbeitungskopf 3 entlang der z-Translationsachse an einer Position z, die innerhalb der Positionen z1 und z2, mithin innerhalb des Schutzbereichs der z-Achse, liegt. In dieser Position ist die vorstehende Fallgruppe (ii) einschlägig, in der für eine Laserstrahlfreigabe grundsätzlich die rotatorische Ausrichtung zu prüfen ist. Im Zweistationenbetrieb kann zusätzlich zur rotatorischen Ausrichtung im Rahmen der seriellen Prüfung noch ein weiteres Kriterium geprüft werden, nämlich ob der Laserstrahl auf ein benachbartes Scannerfeld 7 gerichtet ist.
In Figur 6a nimmt der Bearbeitungskopf 3 eine solche rotatorische Ausrichtung ein, dass der Laserstrahl auf die Trennwand 6 gerichtet ist. Der Laserstrahl gelangt somit nicht in das benachbarte Scannerfeld 7, weshalb eine temporäre Laserstrahlfreigabe erteilt werden kann. In dem in Figur 6b dargestellten Betriebszustand ist der Bearbeitungskopf 3 weiterhin in dem Schutzbereich der z-Achse angeordnet. Die rotatorische Ausrichtung ist indes dergestalt, dass der Laserstrahl über die Trennwand 6 hinaus in das benachbarte Scannerfeld 7 hineinragt. Für diesen Fall kann im Rahmen der seriellen Prüfung eine Laserstrahlfreigabe nicht erteilt bzw. entzogen werden. Somit ist garantiert, dass im Zweistationenbetrieb kein Laserstrahl in den derzeit bearbeitungsfreien Arbeitsbereich gelangt.
In dem Zweistationenbetrieb kann ein von dem Bearbeitungskopf 3 ausgehender Laserstrahl innerhalb des ersten Arbeitsbereichs 4 auf die Trennwand 6 treffen. So gelangt der Laserstrahl nicht in das Scannerfeld 7 des benachbarten, zweiten Arbeitsbereichs 5 und eine Laserstrahlfreigabe kann erteilt werden. Die Trennwand 6 kann in dem Bereich, in dem der Bearbeitungskopf 3 zwischen dem ersten Arbeitsbereich 4 und dem zweiten Arbeitsbereich 5 verfährt eine verfahrbare Trennklappe 8 aufweisen. Diese ist in einem Betriebszustand, in dem der Bearbeitungskopf 3 in dem ersten Arbeitsbereich 4 oder dem zweiten Arbeitsbereich 5 ist, ausgefahren und bewirkt somit eine maximale Fläche der Trennwand 6. In einem Betriebszustand, in dem der Bearbeitungskopf 3 zwischen den Arbeitsbereichen 4, 5 verfährt, ist die Trennklappe 8 eingefahren und gibt somit eine Fläche frei, die das Verfahren des Bearbeitungskopfes 3 zwischen dem ersten Arbeitsbereich 4 und dem zweiten Arbeitsbereich 5 ermöglicht.
In Figur 6b ist die Trennklappe 8 ebenso wie in Figur 6a ausgefahren, sodass die Fläche der Trennwand 6 maximal ist. Der Bearbeitungskopf 3 nimmt in Figur 6b eine solche Position ein, dass der Laserstrahl über die Trennwand 6 mit ausgefahrener Trennklappe 8 hinweg aus dem ersten Arbeitsbereich 4 in den zweiten Arbeitsbereich 5 gelangt. Der Laserstrahl gelangt in das zweite Scannerfeldes 7, sodass, wie vorstehend beschrieben, keine Laserstrahlfreigabe erteilt werden kann. Auf diese Weise ist im Zweistationenbetrieb eine größtmögliche Flexibilität der Position und Ausrichtung des Bearbeitungskopfes 3 mit einer größtmöglichen Sicherheit kombiniert.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden.
Bezuqszeichenliste
1 Lasersystem
2 Bewegungseinheit
3 Bearbeitungskopf
4 Erster Arbeitsbereich
5 Zweiter Arbeitsbereich
6 Trennwand
7 Scannerfeld
8 Trennklappe
100 Steuereinheit
101-109 Prüfschritte und Prüfergebnisse der sequentiellen Prüfung x, y, z Translationsachsen a, b, c Rotationsachsen b1-b4 Rotatorische Richtungen um die b-Achse

Claims

Ansprüche
1. Steuereinheit (100) zum Einsatz in einem Lasersystem (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, wobei die Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist, eine mittels einer Bewegungseinheit (2) veränderbare translatorische Position (x, y, z) eines Bearbeitungskopfes (3) anhand zumindest einer Translationsachsenstellung zu erfassen; eine mittels der Bewegungseinheit (2) veränderbare rotatorische Ausrichtung (a, b, c) des Bearbeitungskopfes (3) anhand zumindest einer Rotationsachsenstellung zu erfassen; und eine Laserstrahlfreigabe zur Anwendung des Laserstrahls auf das Werkstück zu erteilen oder zu entziehen, wobei die Laserstrahlfreigabe von einer seriellen Prüfung der translatorischen Position (x, y, z) und der rotatorischen Ausrichtung (a, b, c) des Bearbeitungskopfes (3), insbesondere abschließend, abhängt.
2. Steuereinheit (100) nach Anspruch 1 , die dazu eingerichtet ist, bei der seriellen Prüfung eine translatorische Bedingung, bei der die translatorische Position (x, y, z) innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs ist, und eine rotatorische Bedingung, bei der die rotatorische Ausrichtung (a, b, c) innerhalb eines vorbestimmten Rotationsbereichs ist, zu prüfen, wobei der vorbestimmte Rotationsbereich abhängig von der translatorischen Position (x, y, z) variiert.
3. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich in Form eines Arrays in einem Speicherbereich der Steuereinheit (100) hinterlegt sind.
4. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich in einer einer Betriebsphase vorgelagerten Trainingsphase ermittelt wurden.
5. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der vorbestimmte Translationsbereich und/oder der vorbestimmte Rotationsbereich abhängig sind von zumindest einem von einer Laserleistung und/oder einer Art von Laseroptik, einer Schutzkabine des Lasersystems (1), und/oder einer Anwendung des Lasersystems (1) zur Bearbeitung des Werkstücks.
6. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Erfassungskommunikation zwischen der Bewegungseinheit (2) und der Steuereinheit (100) zur Erfassung der translatorischen Position (x, y, z) und der rotatorischen Ausrichtung (a, b, c) mittels eines Erfassungspfades abläuft, der fehlersicher ist.
7. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Freigabekommunikation zwischen der Steuereinheit (100) und der Bewegungseinheit (2) zur Mitteilung einer erteilten Laserstrahlfreigabe mittels eines Freigabe pfades abläuft, der fehlersicher ist.
8. Steuereinheit (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei eine Bewegungskommunikation zwischen der Steuereinheit (100) und der Bewegungseinheit (2) zur Veränderung der translatorischen Position (x, y, z) und der rotatorischen Ausrichtung (a, b, c) mittels eines Bewegungspfades stattfindet, wobei der Erfassungspfad und/oder der Freigabepfad unabhängig von dem Bewegungspfad implementiert ist.
9. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die dazu eingerichtet ist, die translatorische Position (x, y, z) über zumindest einen Softwarenocken der Translationsachsenstellung zu erfassen und/oder die rotatorische Ausrichtung (a, b, c) über zumindest einen Softwarenocken der Rotationsachsenstellung zu erfassen.
10. Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein erstes Steuergerät zur Steuerung der Bewegungseinheit (2) und/oder des Bearbeitungskopfes (3) und ein zweites Steuergerät zur Erteilung oder Entziehung der Laserstrahlfreigabe, wobei das erste Steuergerät unabhängig von dem zweiten Steuergerät ist.
11 . Lasersystem (1) zur Bearbeitung eines Werkstücks mittels eines Laserstrahls, mit der Steuereinheit (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche; dem Bearbeitungskopf (3) zur Ausrichtung des Laserstrahls auf das Werkstück, wobei der Bearbeitungskopf (3) die durch zumindest eine Translationsachsenstellung bestimmte translatorische Position (x, y, z) und die durch zumindest eine Rotationsachsenstellung bestimmte rotatorische Ausrichtung (a, b, c) einnimmt, und wobei der Bearbeitungskopf (3) dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl nur mit einer Laserstrahlfreigabe anzuwenden; und der Bewegungseinheit (2) zur Veränderung der translatorischen Position (x, y, z) und der rotatorischen Ausrichtung (a, b, c).
12. Lasersystem (1) nach Anspruch 11 , wobei die Translationsachsenstellung von drei Linearachsen bestimmt ist und/oder die Rotationsachsenstellung von zwei oder drei Rotationsachsen bestimmt ist.
13. Lasersystem (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, mit einem ersten Arbeitsbereich (4) zur Bearbeitung eines ersten Werkstücks und einem zweiten Arbeitsbereich (5) zur Bearbeitung eines zweiten Werkstücks, wobei die Bewegungseinheit (2) dazu eingerichtet ist, den Bearbeitungskopf (3) zwischen dem ersten Arbeitsbereich (4) und dem zweiten Arbeitsbereich (5) zu bewegen, wobei zwischen dem ersten Arbeitsbereich (4) und dem zweiten Arbeitsbereich (5) eine Trenneinrichtung zur teilweisen Abschirmung vorgesehen ist.
14. Lasersystem (1) nach Anspruch 13, wobei die Trenneinrichtung als eine Trennwand (6) ausgestaltet ist, deren Höhe zumindest abschnittsweise ausreichend groß ist, um die Abschirmung zwischen dem ersten Arbeitsbereich (4) und dem zweiten Arbeitsbereich (5) vorzunehmen, und ausreichend klein ist, um die Bewegung des Bearbeitungskopfes (3) zwischen dem ersten Arbeitsbereich (4) und dem zweiten Arbeitsbereich (5) zu ermöglichen, wobei die Trennwand (6) insbesondere eine verfahrbare Trennklappe (8) aufweist.
15. Lasersystem (1) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, wobei zu dem ersten Arbeitsbereich (4) ein erstes Scannerfeld und zu dem zweiten Arbeitsbereich ein zweites Scannerfeld (7) definiert ist, wobei die Steuereinheit (100) dazu eingerichtet ist, bei der seriellen Prüfung zu überprüfen, ob, wenn der Bearbeitungskopf (3) im ersten Arbeitsbereich (4) ist, der Laserstrahl auf das zweite Scannerfeld (7) gerichtet ist und/oder wenn der Bearbeitungskopf (3) im zweiten Arbeitsbereich (5) ist, der Laserstrahl auf das erste Scannerfeld gerichtet ist; um nur dann eine Laserstrahlfreigabe zu erteilen, wenn der Laserstrahl nicht auf das entsprechende Scannerfeld gerichtet ist.
16. Verfahren zur Anwendung eines Laserstrahls auf ein Werkstück, aufweisend die Schritte:
Erfassen einer translatorischen Position (x, y, z) einer Bewegungseinheit (2) anhand zumindest einer Translationsachsenstellung und einer rotatorischen Ausrichtung (a, b, c) der Bewegungseinheit (2) anhand zumindest einer Rotationsachsenstellung;
Prüfen einer translatorischen Bedingung, ob die translatorische Position (x, y, z) innerhalb eines vorbestimmten Translationsbereichs liegt; - Prüfen einer rotatorischen Bedingung, ob die rotatorische Ausrichtung (a, b, c) innerhalb eines vorbestimmten Rotationsbereichs liegt;
Erteilen einer Laserstrahlfreigabe, wenn die translatorische Bedingung und die rotatorische Bedingung vorliegen, wobei der Laserstrahl nur mit der Laserstrahlfreigabe auf das Werkstück anwendbar ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Vorliegen der rotatorischen Bedingung mit der translatorischen Position (x, y, z) variiert.
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