用于监测激光材料加工的工作空间的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于加工系统的监测装置，该加工系统用于借助高能加工光束加工工件，尤其是在空间受限的加工区域内，其中，该监测装置包括用于提供测量光束的测量光束源，和用于检测由环境反射的测量光束分量的记录单元，其中，该监测装置设置为，将测量光束耦合进加工系统的加工光束光学装置中，从而使测量光束和加工光束能够指向环境中的共同位置，其中，该监测装置还设置为，依据测得的测量光束的反射分量得出至少一个距离值，由该距离值能够推导出加工光束光学装置与反射测量光束的环境区域的距离，并且其中，该监测装置还包括判定单元，该判定单元用于判定测得的距离值是否位于容许距离值范围内。

Device and method for monitoring working space of laser material processing

The monitoring device of the invention relates to a system for processing, the processing system for processing workpieces with high energy beam, especially in the processing area within the limited space, and the monitoring device for measuring including provide measurement beam of light beam source, and for detecting a recording unit, measuring the reflection beam component environment the monitoring device is arranged, processing beam optical device to measure beam coupling into the processing system, so that the measuring beam and beam processing can joint position, pointing in the environment in which the monitoring device is provided for measuring beam reflection component, measured the at least one distance value according to the regional environment derived processing device and reflection beam optical measuring beam and the distance from the distance, the monitoring device also includes a single judge The decision unit is used to determine whether the measured distance value is within the allowable distance value range.

【技术实现步骤摘要】
用于监测激光材料加工的工作空间的装置和方法
本专利技术涉及一种用于加工系统的监测装置，该加工系统用于借助高能加工光束加工工件，尤其是在空间受限的加工区域内。该高能加工光束优选为激光光束，且该加工系统优选为激光加工系统，例如用于焊接或切割工件。
技术介绍
这种加工系统的加工光束通常为显著的危险源。例如通过加工光束的杂散反射或错误的定向可能造成加工系统区域的大规模损坏。因此，已知的是设置所谓的安全室，其形成由防护壁构成、包围加工系统的装置。换句话说，加工区域或加工系统的工作空间有针对性地在空间上受到限制，以便阻挡高能加工光束，保护安全室外的区域。然而，为了确保有效的保护，特别是在使用数千瓦范围的激光的装置中，存在对防护壁的性能的高要求。该防护壁必须具有例如对抗激光直接照射的高稳定性。这相应地造成了对所使用的材料和材料强度的高要求，由此显著提高了成本。同样的情况也涉及可能的卷闸门或其他进入安全室的入口系统，其应使工件能够送抵和运走。这种入口系统同样必须耗费成本地进行强化，并因此只能通过高功率马达驱动。此外，为了整体提高安全性并降低对这种安全室的要求，已知的是设置所谓的主动安全系统。该主动安全系统监测加工光束的实际定向，和/或该加工光束在安全室内部的撞击区域。由此可确保加工光束只射向安全室的为此所设的区域内，并特别是不在较长的时间范围内直接击中防护壁。此外，例如在文件DE202007012255U1中所述，已知安装在防护壁上的传感器装置，其记录激光束在防护壁上的撞击。同样已知的是，在安全室内部设置摄像机，以检测激光束在安全室内部的实际撞击点。这种解决方案例如在文件WO2008/019847A1中公开。现有技术DE102008052570A1还公开了一种安装在机器人上的摄像机，其监测由机器人操纵的激光焊接头的定向。由此也可确保激光束只射向工作空间的预定区域。然而，已经表明，已知的解决方案并不能确保在所有加工情况下的足够可靠的监测，此外也往往需要复杂且昂贵的装置措施。
技术实现思路
因此，本专利技术的任务在于提供一种开头所述类型的监测装置，其成本低并可实现可靠的监测。这种任务通过一种监测装置得以实现，其包括用于提供测量光束的测量光束源和用于检测由环境反射的测量光束分量的记录单元，其中，该监测装置设置为，将测量光束耦合进加工系统的加工光束光学装置中，从而使测量光束和加工光束能够指向环境中的共同位置，其中，该监测装置还设置为，依据测得的测量光束的反射分量得出至少一个距离值，由该距离值能够推导出加工光束光学装置与反射测量光束的环境区域的距离，并且其中，该监测装置还包括判定单元，该判定单元用于判定测得的距离值是否位于容许距离值范围内。专利技术人认识到，已知的安装在防护壁上的传感器系统是极其昂贵的，并且需要复杂的改建措施。此外，这一解决方案往往在防护壁已经发生损坏时才能检测到加工系统的不良状态。在基于分布在安全室内的摄像机的解决方案中，必须始终确保摄像机的视野不被无意地遮蔽。这伴随着相应的高设置消耗和高学习消耗。在安装在机器人上的摄像机装置中，则又只能间接地从焊接头的位置推断激光束在环境中的实际撞击点。由此便无法检测焊接头内部的错误，例如激光束错误地偏转向非预定的方向。替代地，本专利技术设置为，至少在加工光束光学装置和环境中的撞击区域之间，通过同轴平行发射的测量光束直接追踪加工光束的实际路径。由此能够优选连续监测实际的光束长度或加工光束光学装置与环境中的撞击区域的距离。由此能够确定，测量光束是否击中、以及由此加工光束是否也击中相对较接近加工光束光学装置设置的工件，或者是否相隔较大距离才发生碰撞，例如击中通常离得较远的防护壁。为此，测量光束源可以设置为，以适当的波长产生并发射光或激光辐射。在更广泛的意义上，测量光束源也可以设计为用于连接光导体的接口的形式或包括这种接口，以便耦合外部产生的测量光束。测量光束可以连续地作为单一光束脉冲或作为光束脉冲序列射出，并以已知的方式进行光学调整。此外，可以理解的是，测量光束也可以不依赖于当前加工光束的产生而耦合进加工光束光学装置。因此，根据本专利技术，可以设置为，测量光束在未平行产生加工光束的情况下进入加工光束光学装置，并由该加工光束光学装置指向特定的环境区域。由此能够提前检测到加工光束的预期撞击区域。而替代地或补充地，也可以设置为平行产生并定向测量光束和加工光束。记录单元可以为任何适合的单元，通过该单元例如可以检测反射的测量光束分量击中记录单元的撞击时间点，和/或检测撞击强度和反射的测量光束的其他光束特性。测量光束源和记录单元可以是监测装置的光学测距单元的组成部分。为了使测量光束耦合进加工光束光学装置以及可能同时产生的加工光束，监测装置可以设置有光学的接口区域，通过该接口区域，测量光束能够进入加工光束光学装置，且反射的测量光束分量也能够优选又从中射出。在此，测量光束的耦合和/或去耦优选同轴于加工光束进行。原则上，耦合进(和/或去耦于)加工光束光学装置也可以由此实现，即，测量光束在加工系统内部的任何其他位置耦合进加工光束，并与该加工光束共同进入加工光束光学装置。例如测量光束和加工光束的耦合和/或去耦可以直接在加工系统的加工光束源内部进行，随后，相互耦合的光束由光导体引至加工光束光学装置。根据本专利技术还可以设置为，监测装置设计为单独的模块，其能够简单地加装在现有的加工系统特别是激光焊接头上。在这种情况下，监测装置和焊接头可以分别具有能够相互耦接的光学接口区域，该接口区域实现上述的测量光束耦合进(和/或去耦于)加工光束光学装置。测得的距离值可以是时间数据，其涉及从测量光束发射到检测到反射的测量光束分量的持续时间。在已知监测装置和加工光束光学装置的构造以及特别是测量光束在其中经过的路程的情况下，可以进一步得出从加工光束光学装置中射出和撞击到环境中之间的持续时间。也可能的是，距离值得出为长度数据意义上的具体的间距值。这可以例如基于上述的持续时间的测量值实现。判定单元可以提供为已知的运算单元和/或分析电子装置的形式。当监测装置设计为能够单独操作的、并能够加装在现有的加工系统上的模块时，判定单元优选构成该模块的组成部分。但也可以设置为，判定单元设置在外部，并通过相应的通信连接装置与监测装置的其他部件进行通信。此外，判定单元可以进一步设置为，确定测得的距离值与容许距离值范围的可能的偏差的值或至少确定该偏差的绝对值。如以下将详细说明的，容许距离值范围一般可以包括固定的或可变的容许的上限和/或下限。此外，该距离值范围一般可以包括任意数量的值，例如也可以只包括作为上限的单一值。可以这么说，距离值范围能够通过确定上限或/和下限界定一个围绕加工光束光学装置的虚拟的容许工作空间，其中，只有位于该工作空间之内的测量光束在环境中的撞击区域或反射区域被识别为容许。若相反地，测量光束由离得更远的环境区域，如防护壁反射，则通过判定单元可测出，当前的距离值位于容许距离值范围之外。由此，能够优选连续地监测加工光束是否只在与加工光束光学装置相距预定距离的情况下撞击环境，并由此始终与可能的防护室的防护壁保持足够的距离。如下所述，这也能够可靠地检查加工光束光学装置在开始加工前是否确实位于工件对面。本专利技术的一个扩展方案设置为，距离值的测定基于测量光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加工系统的监测装置(10)，所述加工系统用于借助高能加工光束(38)加工工件(W)，尤其是用于在空间受限的加工区域内借助高能加工光束(38)加工工件(W)，其中，所述监测装置(10)包括用于提供测量光束(18)的测量光束源(16)和用于检测由环境反射的测量光束分量(24)的记录单元(22)，其中，所述监测装置(10)设置为，将所述测量光束(18)耦合进所述加工系统的加工光束光学装置(34)中，从而使所述测量光束(18)和所述加工光束(38)能够指向环境中的共同位置，其中，所述监测装置(10)还设置为，依据测得的所述测量光束(18)的所述反射分量(24)得出至少一个距离值(d)，由所述距离值能够推导出所述加工光束光学装置(34)与反射所述测量光束(18)的环境区域(X)的距离，并且其中，所述监测装置(10)还包括判定单元，所述判定单元用于判定测得的所述距离值(d)是否位于容许距离值范围(Z)内。

【技术特征摘要】
2015.12.02 DE 102015015651.91.一种用于加工系统的监测装置(10)，所述加工系统用于借助高能加工光束(38)加工工件(W)，尤其是用于在空间受限的加工区域内借助高能加工光束(38)加工工件(W)，其中，所述监测装置(10)包括用于提供测量光束(18)的测量光束源(16)和用于检测由环境反射的测量光束分量(24)的记录单元(22)，其中，所述监测装置(10)设置为，将所述测量光束(18)耦合进所述加工系统的加工光束光学装置(34)中，从而使所述测量光束(18)和所述加工光束(38)能够指向环境中的共同位置，其中，所述监测装置(10)还设置为，依据测得的所述测量光束(18)的所述反射分量(24)得出至少一个距离值(d)，由所述距离值能够推导出所述加工光束光学装置(34)与反射所述测量光束(18)的环境区域(X)的距离，并且其中，所述监测装置(10)还包括判定单元，所述判定单元用于判定测得的所述距离值(d)是否位于容许距离值范围(Z)内。2.根据权利要求1所述的监测装置(10)，其中，所述距离值(d)的测定基于所述测量光束(18)的传播时间的测量进行，特别是其中，所述传播时间的测量通过飞行时间测量单元(14)进行，所述飞行时间测量单元包括所述测量光束源(16)和所述记录单元(22)。3.根据前述权利要求任一项所述的监测装置(10)，其中，所述测量光束源(16)包括激光二极管和/或LED。4.根据前述权利要求任一项所述的监测装置(10)，其中，所述记录单元(22)包括光电二极管。5.根据前述权利要求任一项所述的监测装置(10)，其中，所述监测装置(10)设置为，依照由所述判定单元得出的判定结果影响所述加工系统的运行。6.根据权利要求5所述的监测装置(10)，其中，所述监测装置(10)设置为，输出警告信号和/或引发所述加工系统输出警告信号。7.根据权利要求5或6所述的监测装置(10)，其中，所述监测装置(10)设置为，限制或抑制所述加工系统的运行。8.根据权利要求7所述的监测装置(10)，其中，所述监...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·莱斯穆勒，C·特鲁克恩布罗德，
申请(专利权)人：莱斯穆勒激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE