DE102004045408A1

DE102004045408A1 - Industrial laser robot for e.g. welding, cutting or hardening has mirror beam detector coupled through mechanical control to electronic laser head control

Info

Publication number: DE102004045408A1
Application number: DE102004045408A
Authority: DE
Inventors: Eckhard Prof. Dr.-Ing. habil. Beyer; Lothar Dr. Morgenthal; Annett Dipl.-Ing. Klotzbach; Veiko Dipl.-Ing. Fleischer
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: DE102004045408B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung, wobei die unterschiedlichsten technologischen Prozesse der Laserbearbeitung durchgeführt werden können. Gemäß der gestellten Aufgabe soll eine Bearbeitung in Remote-Technologie mit erhöhter Geschwindigkeit und Fertigungsgenauigkeit erreicht werden können. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei so ausgebildet, dass ein Laserstrahlbearbeitungskopf mit mindestens einem verschwenkbaren reflektierenden Element zur Ablenkung eines Laserstrahls mit einem mechanischen Führungssystem verbunden ist. Außerdem ist eine gesonderte elektronische Steuerung für die Manipulation des Führungssystems und einer Ablenkung des Laserstrahls vorhanden. An die elektronische Steuerung ist ein Detektionssystem für die Bestimmung der Position und/oder Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes angeschlossen.The invention relates to a device and a method for machining workpieces by means of laser radiation, wherein the most diverse technological processes of laser processing can be performed. According to the stated task, a processing in remote technology with increased speed and manufacturing accuracy can be achieved. The device according to the invention is designed so that a laser beam machining head is connected to at least one pivotable reflecting element for deflecting a laser beam with a mechanical guidance system. In addition, a separate electronic control for the manipulation of the guide system and a deflection of the laser beam is present. A detection system for determining the position and / or orientation of the laser beam machining head is connected to the electronic control.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung, wobei die unterschiedlichsten technologischen Prozesse, wie z.B. Schweißen, Schneiden oder Härten an unterschiedlichsten Werkstücken durchgeführt werden können.The The invention relates to an apparatus and a method for processing of workpieces using laser radiation, using a wide variety of technological Processes such as Welding, cutting or hardening on a wide variety of workpieces carried out can be.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken sollten hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und kurze Taktzeiten bei gleichzeitiger erhöhter Präzision erreicht werden. Hierfür hat sich bei der Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlung die so genannte „Remote-Technologie" angeboten, da insbesondere gegenüber herkömmlichen anderen technologischen Verfahren sehr hohe Auslenkungsgeschwindigkeiten von Laserstrahlen, bei gleichzeitig ausreichender Strahlintensität im Brennfleck erreicht werden können.at the machining of workpieces should have high processing speeds and short cycle times at the same time increased precision be achieved. Therefor has been involved in the machining of workpieces by means of laser radiation the so-called "remote technology" offered in particular across from usual other technological methods very high displacement speeds of laser beams, at the same time sufficient beam intensity in the focal spot can be achieved.

Dabei wird ein Laserstrahl mittels eines oder mehrerer reflektierender Elemente in mindestens einer, bevorzugt aber in mindestens zwei Achsen entsprechend ausgelenkt, wofür entsprechend schwenkbare reflektierende Elemente eingesetzt werden. Solche so genannten Scannerspiegel sind in Laserstrahlbearbeitungsköpfen aufgenommen und die Ablenkung eines Laserstrahls kann ausgehend von der Vertikalen mit Schwenkwinkeln in alle Richtungen von bis zu 45° realisiert werden. Die Verschwenkung/Auslenkung des Laserstrahls kann dabei sehr schnell mit hoher Geschwindigkeit und insbesondere hoher erreichbarer Beschleunigung von bis zu 1000 m/s² erfolgen. Zusätzlich können im Strahlengang des Laserstrahls noch strahlformende und den Laserstrahl in unterschiedlichster Form fokussierende optische Elemente angeordnet sein. Dadurch kann neben der Auslenkung des Laserstrahls auch die jeweilige Fokussierung entsprechend beeinflusst werden.In this case, a laser beam is deflected by means of one or more reflective elements in at least one, but preferably in at least two axes, for which correspondingly pivotable reflective elements are used. Such so-called scanner mirrors are incorporated in laser beam machining heads and the deflection of a laser beam can be realized from the vertical with tilt angles in all directions of up to 45 °. The pivoting / deflection of the laser beam can be done very quickly at high speed and in particular high achievable acceleration of up to 1000 m / s ² . In addition, in the beam path of the laser beam beam forming and focusing the laser beam in a variety of forms optical elements can be arranged. As a result, in addition to the deflection of the laser beam and the respective focus can be influenced accordingly.

Solche Laserstrahlbearbeitungsköpfe werden für einen sehr flexiblen Einsatz häufig in Verbindung mit mechanischen Führungssystemen eingesetzt, mit denen Sie dann verbunden sind und mit deren Hilfe sie entsprechend manipuliert werden können. So ist eine Bewegung eines Laserstrahlbearbeitungskopfes in allen möglichen sechs Freiheitsgraden gegeben, wenn beispielsweise ein solches mechanisches Führungssystem als Industrieroboter ausgebildet ist. Den entsprechenden Bewegungsmöglichkeiten eines solchen mechanischen Führungssystems kann dann zusätzlich die Auslenkung des Laserstrahls für die jeweilige Bearbeitung des Werkstückes überlagert und dadurch die erreichbare Bearbeitungsgeschwindigkeit weiter erhöht werden.Such Laser processing heads be for a very flexible use often in conjunction with mechanical guidance systems with whom you are connected and with their help they can be manipulated accordingly. That's a movement a laser beam machining head in all possible six degrees of freedom given, for example, if such a mechanical guidance system is designed as an industrial robot. The corresponding possibilities of movement such a mechanical guidance system can then additionally the deflection of the laser beam for the respective processing of the workpiece superimposed and thereby the achievable processing speed can be further increased.

Üblicherweise wird dabei so vorgegangen, dass eine elektronische Steuerung für das mechanische Führungssystem vorhanden ist und eine zweite elektronische Steuerung für die Ablenkung des Laserstrahls, also im Wesentlichen die Verschwenkung der reflektierenden Elemente um mindestens eine Achse und gegebenenfalls auch eine entsprechende Bewegung eines fokussierenden Elementes realisiert. In bekannten Systemen sind beide elektronische Steuerungen über eine Schnittstelle miteinander verbunden und die elektronische Steuerung für die Auslenkung des Laserstrahls erfolgt in Abhängigkeit von Vorgaben, hier insbesondere von Positionskoordinaten der elektronischen Steuerung des mechanischen Führungssystems.Usually The procedure is that an electronic control for the mechanical guidance system is present and a second electronic control for the distraction of the laser beam, so essentially the pivoting of the reflective Elements around at least one axis and possibly also a corresponding movement realized a focusing element. In known systems Both electronic controllers are interfaced with each other connected and the electronic control for the deflection of the laser beam takes place in dependence of specifications, in particular positional coordinates of the electronic Control of the mechanical guidance system.

Solche mechanischen Führungssysteme werden aber in vielfältiger Form in den unterschiedlichsten Ausführungsvarianten und von den verschiedensten Herstellern zur Verfügung gestellt und vom Endnutzer bei der Bearbeitung von unterschiedlichsten Werkstücken eingesetzt, so dass für jeden einzelnen Anwendungsfall eine aufwändige Anpassung der beiden elektronischen Steuerungen für das Führungssystem und die Auslenkung des Laserstrahls erforderlich werden.Such be mechanical guiding systems but in more diverse Form in the most different variants and of the provided by various manufacturers and by the end user used in the machining of various workpieces, so for every single use case a complex adaptation of the two electronic controls for the leadership system and the deflection of the laser beam are required.

Außerdem wirken sich sämtliche Positionier- und Bewegungsfehler des mechanischen Führungssystems, die beispielsweise durch dynamisches Schwingungsverhalten, thermische Verformung und anderes mehr auftreten können, immer auch als Positionierfehler bei der Auslenkung des Laserstrahls aus. Dadurch wird die Fertigungsgenauigkeit genauso wie die Reproduzierbarkeit negativ beeinträchtigt.In addition, act all of them Positioning and movement errors of the mechanical guidance system, For example, by dynamic vibration behavior, thermal Deformation and more can occur, always as a positioning error at the deflection of the laser beam. This will increase the manufacturing accuracy as well as the reproducibility negatively affected.

Die Bearbeitungspräzision und Reproduzierbarkeit können bei den bekannten Systemen lediglich durch in bestimmten Abständen durchzuführende Neukalibrierungen, die entsprechende Bearbeitungsausfallzeiten hervorrufen, behoben werden.The machining precision and reproducibility in the known systems only by at certain intervals to be performed recalibrations, the Corresponding machining downtime caused.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung Möglichkeiten vorzuschlagen, mit denen eine Bearbeitung von Werkstücken mittels Laserstrahlen in Remote-Technologie mit erhöhter Geschwindigkeit und Fertigungsgenauigkeit erreicht werden kann.It is therefore an object of the invention to propose ways with which a machining of workpieces by means of laser beams in remote technology with increased Speed and manufacturing accuracy can be achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrichtung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist sowie einem Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst.According to the invention this Task with a device having the features of claim 1 and a method according to claim 10 solved.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung ist dabei so ausgebildet, dass zusätzlich an die elektronische Steuerung für die Ablenkung des Laserstrahls ein Detektionssystem angeschlossen ist. Mit Hilfe eines solchen Detektionssystems kann dann die jeweilige Position und/oder Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes bestimmt werden, wobei die Bestimmung bei der Bewegung des Laserstrahlbearbeitungskopfes mittels des mechanischen Führungssystems erfolgen soll.A device according to the invention is designed so that in addition to the electronic control for the deflection of the laser beam a detection system is connected. With the aid of such a detection system, the respective position and / or orientation of the laser beam machining head can then be determined, the determination being made during the movement of the laser beam machining head by means of the mechanical guidance system.

Vorteilhaft sollen dabei die Positionskoordinaten in allen drei Achsen des Laserstahlbearbeitungskopfes sowie auch ein entsprechender Verschwenkwinkel in Bezug zu mindestens einer dieser Achsen, beispielsweise einer Z-Achse bestimmt werden können. Bei der Bewegung des Laserstrahlbearbeitungskopfes mit dem mechanischen Führungssystem werden die sich ändernden Positionen und Ausrichtungen des Laserstrahlbearbeitungskopfes für die jeweilige Verschwenkung mindestens einen oder auch mehreren verschwenkbaren reflektierenden Elemente(s) berücksichtigt, so dass der Brennfleck des jeweiligen Laserstrahls in Bezug zum Werkstück mit hoher Präzision und hoher Geschwindig keit ausgelenkt, entsprechend für die entsprechende Bearbeitung positioniert und mit hoher Geschwindigkeit die jeweilige Bearbeitung von Werkstücken durchgeführt werden kann.Advantageous In the process, the position coordinates in all three axes of the laser-machining head should be determined as well as a corresponding pivot angle with respect to at least one of these axes, for example a Z-axis can be determined can. During the movement of the laser beam machining head with the mechanical guidance system will be changing Positions and orientations of the laser beam machining head for the respective Pivoting at least one or more pivotable considering reflective elements (s), so that the focal spot of the respective laser beam with respect to workpiece with high precision and high speed deflected, accordingly for the corresponding Machining positioned and at high speed the respective Machining of workpieces carried out can be.

Für erfindungsgemäße Detektionssystem können unterschiedliche Elemente, die bevorzugt berührungslos erfassend sind, eingesetzt werden, um die jeweilige Position und Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes bestimmen zu können, eingesetzt werden.For detection system according to the invention may be different Elements that are preferably contactless are used, to the respective position and Used to determine alignment of the laser beam machining head become.

So sollten an einem Detektionssystem mindestens zwei solcher Elemente vorhanden sein, wobei diese sensitiven Elemente in einem Abstand zum Laserstrahlbearbeitungskopf, unmittelbar am Laserstrahlbearbeitungskopf oder mindestens eines der Elemente am Laserstrahlbearbeitungskopf und mindestens ein weiteres solches Element in einem Abstand zum Laserstrahlbearbeitungskopf angeordnet werden können.So should have at least two such elements on a detection system be present, these sensitive elements at a distance to the laser beam machining head, directly on the laser beam machining head or at least one of the elements on the laser beam machining head and at least one further such element at a distance from Laser beam machining head can be arranged.

Solche geeigneten sensitiven Elemente sollten dann an vorgebbaren Positionen und in entsprechend bekannten Winkelausrichtungen in Bezug zueinander und möglichst auch in Bezug zum zu bearbeitenden Werkstück angeordnet sein.Such suitable sensitive elements should then be at predefinable positions and in accordance with known angular orientations with respect to each other and as possible also be arranged in relation to the workpiece to be machined.

So können für ein Detektionssystem zwei CMOS-, CCD- oder Videokameras eingesetzt werden, die beispielsweise in zwei unterschiedlichen Positionen und unterschiedlichen Winkeln eine Bildaufnahme des Laserstrahlbearbeitungskopfes ermöglichen. Dadurch kann mit einer geeigneten Bildverarbeitungssoftware über eine Triangulation die jeweilige Position und Ausrichtung des mit dem mechanischen Führungssystem bewegten Laserstrahlbearbeitungskopfes bestimmt und bei der Auslenkung des Laserstrahls berücksichtigt wer den.So can for a Detection system two CMOS, CCD or Video cameras are used, for example, in two different Positions and different angles an image pickup of the laser beam machining head enable. This can be done with a suitable image processing software via a Triangulation the respective position and alignment of the with the mechanical guidance system moved laser beam machining head and determines the deflection of the Laser beam taken into account become.

Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, solche Kameras entsprechend in versetzter Anordnung unmittelbar am Laserstrahlbearbeitungskopf zu befestigen und die jeweils erfassten Videosignale mittels einer in einem entsprechenden Speicher abgelegten, die erfassbare Umgebung berücksichtigenden Daten für die Bestimmung der jeweiligen Position und Winkelausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes zu nutzen und bei der Ablenkung des Laserstrahls zu berücksichtigen.alternative but there is also the possibility such cameras in a staggered arrangement immediately to attach to the laser beam machining head and each detected Video signals by means of a stored in a corresponding memory, considering the detectable environment Data for the determination of the respective position and angular orientation of the Laser beam machining head to use and in the deflection of the Laser beam to consider.

Anstelle solcher optischen Elemente, die für den Einsatz an einem erfindungsgemäß einzusetzenden Detektionssystem geeignet sind, können aber auch andere sensitive Elemente eingesetzt werden.Instead of of such optical elements, which are to be used for use according to the invention Detection system are suitable, but can also be other sensitive Elements are used.

So besteht die Möglichkeit Sende- und Empfangselemente für elektromagnetische Wellen als geeignete sensitive Elemente für ein Detektionssystem einzusetzen.So it is possible Transmit and receive elements for to use electromagnetic waves as suitable sensitive elements for a detection system.

So können beispielsweise Empfangs- und Sendespulen für elektromagnetische Wellen an einem Detektionssystem eingesetzt werden, mit denen ähnlich wie bei Satteliten gesteuerten Navigationssystemen (z.B. GPS) gearbeitet werden kann, wobei jedoch deutlich reduzierte Zeitkonstanten erreicht werden sollten.So can For example, receiving and transmitting coils for electromagnetic waves be used on a detection system, similar to worked on satellite navigation systems (e.g., GPS) can be achieved, but with significantly reduced time constants are achieved should.

So können beispielsweise an einem Detektionssystem vier in Abständen zueinander und an bestimmten vorgegebenen Positionen angeordnete Empfangs- und/oder Sendeelemente angeordnet sein. Solche Empfangs- und Sendeelemente können in relativ einfacher Form entsprechend ausgebildete Spulen sein.So can For example, at a detection system four at intervals and receiving stations located at certain predetermined positions. and / or transmitting elements may be arranged. Such receive and transmit elements can in be relatively simple form correspondingly trained coils.

So besteht die Möglichkeit drei Empfangs- und mindestens eine Sendespule oder mindestens drei Sendespulen und mindestens eine Empfangsspule an einem Detektionssystem einzusetzen.So it is possible three receive and at least one transmit coil or at least three Transmitting coils and at least one receiving coil on a detection system use.

So kann unmittelbar am Laserstrahlbearbeitungskopf beispielsweise eine Empfangsspule angeordnet sein und im Umfeld an drei unterschiedliche Positionen zueinander beabstandet jeweils eine Sendespule positioniert werden, von denen elektromagnetische Wellen emittiert und von der Sendespule empfangen werden, so dass eine Bestimmung der jeweiligen Position und Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes möglich ist.So can directly on the laser beam machining head, for example, a Reception coil be arranged and in the environment at three different positions spaced from each other a transmitting coil are positioned, from which electromagnetic waves are emitted and received by the transmitting coil be, making a determination of each position and orientation the laser beam machining head is possible.

In einer anderen Alternative können solche Sendeelemente, wie Sendespulen aber auch durch Permanentmagnete ersetzt werden, die dann gegebenenfalls auch durch unterschiedliche Ausrichtung ihrer Pole und auch unterschiedliche magnetische Feldstärken aufweisen können, so dass je nach Position und Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes in Bezug zu Empfangsspulen in diese unterschiedliche elektrische Spannungen induziert werden, die dann als Regelgröße für die elektronische Steuerung der Auslenkung des Laserstrahls berücksichtigt werden können.In another alternative, such transmission elements, such as transmitting coils but also be replaced by permanent magnets, which then possibly also by different orientation of their poles and different magnetic Field strengths may have, so that depending on the position and orientation of the laser beam machining head with respect to receiving coils in these different electrical voltages are induced, which can then be considered as a controlled variable for the electronic control of the deflection of the laser beam.

In einer weiteren Alternative können als sensitive Elemente für ein Detektionssystem aber auch Ultraschallsende- und -empfangselemente eingesetzt werden, die Ultraschall entweder in die Umgebung des Laserstrahlbearbeitungskopfes emittieren und von dort reflektierte Ultraschallwellen detektieren können. Dabei sollten solche Ultraschallsende- und Ultraschallempfangselemente Ultraschallwellen in möglichst drei unterschiedlichen Achsen emittieren.In another alternative as sensitive elements for a detection system but also ultrasonic transmitting and receiving elements be used, the ultrasound either in the environment of Laser beam processing head emit and reflected from there Can detect ultrasonic waves. In this case, such ultrasonic transmitting and ultrasonic receiving elements should Ultrasonic waves in as possible emit three different axes.

Solche Ultraschallwellensende- und -empfangselemente können aber auch extern, also nicht unmittelbar am Laserstrahlbearbeitungskopf angeordnet sein und von ihnen Ultraschallwellen in Richtung auf den Laserstrahlbearbeitungskopf emittiert werden, so dass über das Zeitverhalten rückreflektierter Ultraschallwellen Aussagen über die jeweilige Position und Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes getroffen werden können.Such However, ultrasonic wave transmission and reception elements can also be external, ie not be located directly on the laser beam machining head and from them ultrasonic waves toward the laser beam machining head be emitted, so over the time behavior reflected back Ultrasonic waves statements about the respective position and orientation of the laser beam machining head can be taken.

Außer den explizit bezeichneten geeigneten sensitiven Elementen können aber auch weitere, beispielsweise Beschleunigungssensoren eingesetzt werden, wenn sie ein ausreichend schnelles Ansprechverhalten und eine entsprechend kleine Zeitkonstante aufweisen.Except the However, explicitly designated suitable sensitive elements can also other, for example, acceleration sensors are used, if they have a sufficiently fast response and a correspondingly fast response have small time constant.

Mit der Erfindung können durch die voneinander entkoppelten elektronischen Steuerungen für mechanisches Führungssystem und Auslenkung des Laserstrahles die eingangs bezeichneten Nachteile behoben werden, so dass beispielsweise ein Laserstrahlbearbeitungskopf gemeinsam mit unterschiedlichst ausgebildeten mechanischen Führungssystemen eingesetzt werden kann, ohne dass eine aufwändige Anpassung der jeweiligen elektronischen Steuerung an die des mechanischen Führungssystems erforderlich ist.With of the invention by the decoupled electronic controls for mechanical guidance system and deflection of the laser beam, the disadvantages identified at the outset so that, for example, a laser beam machining head in common with a variety of trained mechanical guidance systems can be used without a costly adaptation of the respective electronic control to that of the mechanical guidance system is required.

Positionierfehler, die durch das mechanische Führungssystem hervorgerufen werden, können ohne weiteres kompensiert werden.positioning, through the mechanical guidance system can be caused without be compensated further.

Die jeweilige Bewegung eines mechanischen Führungssystems bei der Bearbeitung entsprechender Werkstücke kann lediglich einmal entsprechend vorprogrammiert vorgegeben werden und es sind nachfolgend keine zwin genden Kallibrierfahrten erforderlich.The respective movement of a mechanical guidance system during machining corresponding workpieces can only be preset once pre-programmed and there are no zwin lowing Kallibrierfahrten required.

Positionierdifferenzen die bei der Manipulation des mechanischen Führungssystems auftreten können, können durch entsprechende Einflussnahme bei der Steuerung der Auslenkung des Laserstrahls ausgeglichen werden.Positionierdifferenzen which can occur during the manipulation of the mechanical guidance system, can appropriate influence in the control of the deflection of the Laser beam are compensated.

Optional besteht aber trotzdem die Möglichkeit eine Kopplung über eine geeignete Schnittstelle der beiden elektronischen Steuerungen für Führungssystem und Auslenkung des Laserstrahls vorzusehen, wodurch die Positioniergenauigkeit und die Bearbeitungsgeschwindigkeit gegebenenfalls positiv beeinflusst werden können. Dabei können programmierte und/oder gemessene Daten der elektronischen Steuerung für die Bewegung des Führungssystems genutzt werden, um die Signallaufzeit bei der Bestimmung der Regelgröße für die Ablenkung des Laserstrahles zu kompensieren.optional but there is still the possibility a coupling over a suitable interface of the two electronic controls for guidance system and to provide deflection of the laser beam, whereby the positioning accuracy and the processing speed may be positively influenced can be. It can programmed and / or measured data of the electronic control for the Movement of the management system be used to determine the signal propagation time in determining the control variable for the deflection of the Compensate for laser beam.

Die Kosten, die ein solches gegenüber dem Stand der Technik bekannten Lösungen zusätzlich einzusetzenden Detektionssystem hervorruft, sind insbesondere in Bezug zu den anderen erforderlichen Komponenten vernachlässigbar.The Costs that face such the prior art solutions additionally to be used detection system particular, are necessary in relation to the others Components negligible.

Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.following the invention will be explained in more detail by way of example.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 in schematischer Form mittels Blockschaltbild ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und 1 in schematic form by means of a block diagram an example of a device according to the invention and

2 ebenfalls in schematischer Form mittels eines Blockschaltbildes eine Weiterbildung des Beispiels nach 1. 2 also in schematic form by means of a block diagram, a development of the example according to 1 ,

Mit den 1 und 2 sollen in schematischer Form zwei Beispiele einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt und nachfolgend erläutert werden. Dabei sind in beiden Fällen gleiche Elemente mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen.With the 1 and 2 Two examples of a device according to the invention will be shown in schematic form and explained below. In this case, the same elements are provided with the same reference numerals in both cases.

Ein mechanisches Führungssystem 1, hier ein Industrieroboter, ist mit einem Laserstrahlbearbeitungskopf 3 mechanisch fest verbunden, so dass der Laserstrahlbearbeitungskopf 3 mittels des Führungssystems in mindestens fünf Freiheitsgraden in Bezug zu einem zu bearbeitenden Werkstück 6 positioniert und ausgerichtet werden kann und unterschiedlichst gestaltete Werkstückgeometrien und -dimensionierungen berücksichtigt werden können.A mechanical guidance system 1 , here an industrial robot, is with a laser beam machining head 3 mechanically firmly connected, so that the laser beam machining head 3 by means of the guide system in at least five degrees of freedom with respect to a workpiece to be machined 6 can be positioned and aligned and differently shaped workpiece geometries and dimensions can be considered.

Das Führungssystem 1 verfügt über eine elektronische Steuerung 2 für seine Bewegung. Der Laserstrahlbearbeitungskopf 3, mit seinem einen oder mehreren verschwenkbaren reflektierenden Element(en) (Scannerspiegel) wird separat mit einer eigenen elektronischen Steuerung 4 für die jeweilige Auslenkung des Laserstrahls (mit Punkt-Punkt-Linie angedeutet) gesteuert, die unabhängig von der elektronischen Steuerung 2 des Führungssystems 1 funktioniert.The leadership system 1 has an electronic control 2 for his movement. The laser beam machining head 3 , with its one or more pivoting reflective element (s) (scanner mirror) is separate with its own electronic control 4 for the respective Deflection of the laser beam (indicated by dot-dot line) controlled independently of the electronic control 2 of the management system 1 works.

Des Weiteren ist ein Detektionssystem 5 vorhanden, mit dem die jeweilige Position und Ausrichtung des Laserstrahlbearbeitungskopfes 3, bei seiner Bewegung mittels Führungssystem 1, berührungslos bestimmt werden kann.Furthermore, a detection system 5 present, with which the respective position and orientation of the laser beam machining head 3 , in its movement by means of guidance system 1 , can be determined without contact.

Das bei den Beispielen eingesetzte Detektionssystem 5 arbeitet videobasiert mit mindestens zwei Kameras und kann als Motion Tracking System bezeichnet werden, wie es z.B. unter der Handelsbezeichnung ART Track von der ART GmbH, München kommerziell erhältlich ist.The detection system used in the examples 5 works video-based with at least two cameras and can be called a motion tracking system, as it is commercially available, for example, under the trade name ART Track of the ART GmbH, Munich.

Dabei werden die Bilddaten der Kameras, die an zwei unterschiedlichen Positionen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen angeordnet sind, so verarbeitet, dass durch die mit jeweils eigener Perspektive erfassten Bilddaten über eine mathematische Triangulation die Bestimmung der Positionskoordinaten und Ausrichtungen des Laserstrahlbearbeitungskopfes 3 für die Steuerung der Auslenkung des Laserstrahles in Bezug zum zu bearbeitenden Werkstück 6 genutzt werden können. Die durchgezogenen Linien geben dabei die jeweiligen Informationsflüsse in Verbindung mit den Pfeilen an.The image data of the cameras, which are arranged at two different positions in different angular orientations, are processed in such a way that the determination of the position coordinates and orientations of the laser beam machining head is determined by the image data acquired with its own perspective via a mathematical triangulation 3 for controlling the deflection of the laser beam with respect to the workpiece to be machined 6 can be used. The solid lines indicate the respective information flows in connection with the arrows.

Das Beispiel nach 2 soll verdeutlichen, dass zusätzlich die Möglichkeit besteht, das Detektionssystem 5 auch für die Bestimmung der Istposition des zu bearbeitenden Werkstückes 6 nutzen zu können, was zumindest vor dem Beginn der Laserstrahlbearbeitung an einem Werkstück 6 durchgeführt werden sollte.The example after 2 should clarify that in addition there is the possibility of the detection system 5 also for the determination of the actual position of the workpiece to be machined 6 to be able to use what, at least before the start of the laser beam machining on a workpiece 6 should be carried out.

Claims

Device for machining workpieces by means of laser radiation, in which a laser beam machining head is connected to at least one pivotable reflecting element for deflecting a laser beam with a mechanical guidance system and in each case a separate electronic control for the manipulation of the guidance system and a deflection of the laser beam are present, characterized that to the electronic controller ( 4 ) for the deflection of the laser beam, a detection system ( 5 ) for determining the position and / or orientation of the laser beam machining head ( 3 ) connected.

Device according to claim 1, characterized in that at the detection system ( 5 ) at least two elements for determining the position and / or orientation of the laser beam machining head ( 3 ) available.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the elements at a distance from the laser processing head and / or directly on the laser beam machining head ( 3 ) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the elements in predeterminable positions and Angular alignments are arranged with respect to each other.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the elements CMOS, CCD or video cameras are.

Device according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the elements at least four at intervals from each other and arranged at predetermined positions receiving and / or transmitting elements for electromagnetic Waves are.

Device according to claim 6, characterized in that at least three receiving and at least one transmitting coil or at least three transmitting coils and at least one receiving coil available are.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the elements have at least three receiving coils and a permanent magnet or at least three permanent magnets and at least one receiving coil are.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized that the elements are ultrasonic transmitting and receiving elements.

Process for machining workpieces by means of laser radiation, in which a laser beam machining head, with at least one pivotable reflective element for deflecting a laser beam, by means of a mechanical guidance system is manipulated and the mecha African management system and the deflection of the laser beam are independently controlled electronically, characterized in that by means of a detection system ( 5 ) the respective position and / or orientation of the laser beam machining head ( 3 ) is determined and taken into account as a controlled variable for the deflection of the laser beam.

A method according to claim 10, characterized in that the position and / or orientation of the laser beam machining head ( 3 ) is determined contactlessly.

Method according to claim 10 and 11, characterized in that by means of the detection system ( 5 ) at least before the start of processing the respec ge actual position of the workpiece to be machined ( 6 ) is determined.

Method according to one of claims 10 to 12, characterized in that programmed and / or measured data of the electronic control ( 2 ) for the management system ( 1 ) can be used to compensate the signal propagation time in the determination of the control variable for the deflection of the laser beam.