(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料加工時にワークピース上へ向いたレーザビームを包囲する出口開口部を備えた機械案内式の保護ケーシングを含んだ、レーザビームによって材料加工を行うための機械において、
−前記保護ケーシング（８）に少なくとも１つのセンサ（１２，１６，１９，２０）が配置されており、該センサが所定の物理的特性を測定値として検出し、
−前記センサ（１２，１６，１９，２０）が制御部に結合されており、該制御部が、検出された測定値の実際値を測定値についての目標値と比較するとともに、この実際値と目標値の比較に応じて前記レーザビーム（３）を遮断し、及び／又はそのアクティブ化を阻止し、並びに
−前記センサ（１２，１６，１９，２０）のうち少なくとも１つが抵抗センサ（２０）であり、該抵抗センサは、前記保護ケーシング（８）の損傷の結果による電気抵抗の変化を検出することと、
前記保護ケーシング（８）の前記出口開口部（９）が前記保護ケーシング（８）によって包囲された押圧部材（２１）に配置されており、前記抵抗センサ（２０）が前記押圧部材（２１）に配置されていることとを特徴とする材料加工を行うための機械。
【請求項２】
前記抵抗センサ（２０）が安全回路（２４）の構成部材であるとともに、該安全回路が、前記保護ケーシング（８）の前記出口開口部（９）が前記ワークピース（２）上に載置されて初めてビーム源のアクティブ化を可能とするものであることを特徴とする請求項１記載の材料加工を行うための機械。
【請求項３】
少なくとも１つの他のセンサ（１２，１６，１９）が、前記保護ケーシング（８）の内部に配置されているとともに、中空室（１１）における所定の化学的又は物理的な特性を測定値として検出することを特徴とする請求項１又は２記載の材料加工を行うための機械。
【請求項４】
前記保護ケーシング（８）が二重壁状に構成され、前記保護ケーシング（８）の互いに離間して配置された両壁部が少なくとも１つの中空室を包囲しており、少なくとも１つの他のセンサ（１２，１６，１９）が前記中空室（１１）に配置され、該センサが前記中空室（１１）における所定の化学的又は物理的な特性を測定値として検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の材料加工を行うための機械。
【請求項５】
前記センサ（１２）が電磁ビームに対するセンサであり、該センサが、前記保護ケーシング（８）の外部から内部へ、及び／又は前記中空室（１１）へ入射する電磁ビーム（Ｒ）を検出することを特徴とする請求項３又は４記載の材料加工を行うための機械。
【請求項６】
前記センサが圧力センサ（１６）であり、該センサが、前記保護ケーシング（８）及び／又は前記中空室（１１）において生じる圧力を検出することを特徴とする請求項３又は４記載の材料加工を行うための機械。
【請求項７】
前記センサが音量レベルの検出のためのセンサであり、該センサが、前記保護ケーシング（８）の内部における音量レベルの変化を検出することを特徴とする請求項３記載の材料加工を行うための機械。
【請求項８】
前記センサが前記保護ケーシングの内部又は前記中空室における気体の化学的組成の変化を検出する化学的センサであることを特徴とする請求項３又は４記載の材料加工を行うための機械。
【請求項９】
−前記保護ケーシング（８）が入口を備えており、該入口を介して気体状の媒体（１３）を前記保護ケーシング（８）の内部へ供給可能であり、
−前記保護ケーシング（８）が出口を備えており、該出口を通して前記気体状の媒体（１４）を排出可能であり、及び
−供給及び／又は排出される前記気体状の媒体（１３，１４）の流量（Ｆ）の変化を検出するための少なくとも１つの流量センサ（１９）が前記保護ケーシングに配置されている
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の材料加工を行うための機械。
【請求項１０】
レーザビームのためのビーム源と、ビームガイドシステムとを含んで成る設備であって、前記ビームガイドシステムが、前記レーザビームを前記ビーム源から請求項１〜９のいずれかに記載の材料加工を行うための機械の前記保護ケーシングにおける集束光学部品へと導くことを特徴とする設備。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の機械を用いて、レーザビームによってワークピースの材料加工を行うための方法であって、材料加工時にワークピース上へ向いたレーザビームを包囲する出口開口部を備えた機械案内式の保護ケーシングが前記ワークピース上に載置される前記材料加工を行うための方法において、
−前記保護ケーシングに配置された少なくとも１つの抵抗センサによって前記保護ケーシングの損傷の結果による電気抵抗の変化が検出され、
−検出された電気抵抗の実際値が電気抵抗についての目標値と比較され、
−目標値と実際値の比較に応じて前記レーザビームが遮断され、及び／又はそのアクティブ化が阻止される
ことを特徴とする材料加工を行うための方法。
【請求項１２】
−前記保護ケーシングに配置された少なくとも１つの他のセンサによって所定の化学的及び／又は物理的な特性が測定値として検出され、
−検出された測定値の実際値が測定値についての目標値と比較され、及び
−目標値と実際値の比較に応じて前記レーザビームが遮断され、及び／又はそのアクティブ化が阻止される
ことを特徴とする請求項１１記載の材料加工を行うための方法。
【請求項１３】
前記測定値の実際値が前記保護ケーシングの内部において検出されることを特徴とする請求項１２記載の材料加工を行うための方法。
【請求項１４】
前記測定値の実際値が、互いに離間して配置された前記保護ケーシングの壁部によって包囲された中空室において検出されることを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【請求項１５】
前記保護ケーシングがロボットによって運動することを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料加工時にワークピース上へ向いたレーザビームを包囲する出口開口部を備えた機械案内式の保護ケーシングを含んだ、レーザビームによって材料加工を行うための機械に関するものである。そのほか、このような機械を用いて、レーザビームによってワークピースの材料加工を行うための方法に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
現在の高出力レーザは、工業的な生産において材料加工に使用されている。特にレーザ溶接は、まずます重要性が増している。レーザ溶接はとりわけ複数のワークピースの溶接のために使用され、これらワークピースは、高い溶接速度、狭い溶接継目及びわずかな熱的なひずみで接合される必要がある。レーザ溶接は、通常、追加的な材料の供給をすることなく実行される。レーザビームをフレキシブルにワークピースへ案内するために、レーザ溶接のための設備は、通常、レーザ源及びビームガイドシステムを備えている。このビームガイドシステムは特にフレキシブルは光導波路（ＬＷＬ）を含んでおり、この光導波路によって、レーザビームがビーム源からレーザビームのための出口開口部を有する加工ヘッドへと案内される。この加工ヘッドは、特に工業用ロボットの多軸に運動可能なアームに配置されている。一方、例えば固体レーザであるビーム源は、固定して配置されている。
【０００３】
レーザ装置からは、ささいな健康を害するおそれも生じない。集束された電磁ビームは、レーザ装置の使用者において生物学的な被害を生じさせることがある。レーザビーム又はその散乱ビームが皮膚あるいは角膜に当たると、ビームの波長に応じて、やけど及び／又は組織の損傷に至る。このような危険の潜在性により、厳密な事故防止規定が適用される。この事故防止規定の意味において、レーザ装置は、異なる等級に分類されている。自動車産業用に定められたレーザ溶接のための機械は、最も少ない危険の潜在性が要求されている。これに基づき、レーザ装置の到達可能なレーザビームは、危険性のないことが必要である（等級１）。保護ケーシングとは、この事故防止規定の意味においてレーザ装置の各部分と理解され、これら部分は、到達可能なビームの定められた限界値を上回ることを防止するために設けられている。
【０００４】
レーザ溶接のための機械において健康被害を防止するために、いままでは機械全体が多くは金属から成る保護壁で包囲されていた。この包囲を通して、事故防止規定が考慮されている。しかしながら、機械の完全な包囲は、自動車産業におけるその連続的な生産プロセスへの統合を阻害するものとなっている。
【０００５】
特許文献１にはレーザビームによるワークピースの材料加工のための機械の完全な包囲が開示されており、この包囲は二重壁状になされている。送受信ユニットは、包囲部の壁部間の中空室を監視するものである。この中空室内にレーザビームが入射するとすぐに、受信素子が応答し、レーザ装置の安全回路を作動させる。
【０００６】
特許文献２には、同様に完全に包囲された、アクティブなレーザ保護壁を有するレーザ材料加工装置が開示されている。このアクティブなレーザ保護壁は、パッシブにレーザビームの貫通を防止するだけでなく、保護壁へのレーザビームの照射後すぐにレーザビームの遮断を生じさせるものである。レーザビームの方向において、レーザ保護フィルムがアクティブな保護壁に対して上位となっており、このレーザ保護フィルムは、レーザビームの照射時に検出可能な変化を生じさせるとともに、閾値を超過する際に検出信号によってレーザを遮断するために閾値スイッチを介してレーザに結合された少なくとも１つのセンサを備えている。
【０００７】
特許文献３には、材料加工時にワークピース上へ向いたレーザビームを包囲する出口開口部を備えた保護ケーシングを備えた、手動で案内されるレーザ材料加工装置が開示されている。保護ケーシングの内部空間は、加工されるワークピースへの装置の載置によって光が漏れないよう閉鎖されている。保護ケーシングの内部空間における光を感知するセンサが、保護ケーシングの内部空間がワークピースによって閉鎖されている限りにおいてレーザビームが存在するよう保障している。
【０００８】
特許文献４には自動車産業における連続的な生産プロセスにおけるレーザ溶接のための機械が開示されており、この機械においては、ビーム源が光導波路を介して集束光学部品に接続されている。このとき、この光学部品は、レーザビームのための出口開口部を備えた機械案内式の保護ケーシングに配置されている。溶接時に少なくとも１つのワークピースに向けられたレーザビームは、該レーザビームがスリット状の出口開口部のみを貫通して保護ケーシングから出るよう集束光学部品によって配向されている。人の安全性を向上させるために、ビーム源は、保護ケーシングの出口開口部がワークピースに載置されて初めてアクティブ化される。レーザ溶接のためのこの機械により、自動車産業における従来の抵抗溶接ラインの設備に統合することが可能である。
【０００９】
特許文献４において提案された人の安全性を向上させる手段にもかかわらず、レーザ装置に対する事故防止規定によって指示された等級１が全ての動作条件の下では達成されていない。出口開口部を備えた保護ケーシングの押圧部材が摩耗すると、出口開口部の範囲におけるレーザビームの不意の発出が生じることがあり得る。最後には、保護ケーシングが、直接的な、又は間接的なレーザビームによって、保護ケーシングからレーザビームの不意の発出が生じるほど激しく損傷され得る。このような損傷は、例えば機械案内式の保護ケーシングにおける光導波路と集束光学部品の間の欠陥のある接続によって引き起こされ得る。さらに、レーザビームの不意の反射は、保護ケーシングを内部からも外部からも破壊することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国実用新案第２０２００７０１２２５５号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２００６０５３５７９号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１００５９２４６号明細書
【特許文献４】欧州特許出願公開第２１４９４２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
このような従来技術を起点として、本発明の目的とするところは、機械の完全な包囲をすることなく、特に摩耗による保護ケーシングの損傷時においても向上した人の安全性が保障される、特にレーザ溶接のための機械である、冒頭で言及した種類のワークピースの材料加工のための機械を提供することにある。さらに、このような機械の動作時に人の安全性を向上させるための方法及び設備も規定されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的は、材料加工時にワークピース上へ向いたレーザビームを包囲する出口開口部を備えた機械案内式の保護ケーシングを含んだ、レーザビームによって材料加工を行うための機械において、前記保護ケーシングに少なくとも１つのセンサが配置されており、該センサが所定の物理的特性を測定値として検出し、前記センサが制御部に結合されており、該制御部が、検出された測定値の実際値を測定値についての目標値と比較するとともに、この実際値と目標値の比較に応じて前記レーザビームを遮断し、及び／又はそのアクティブ化を阻止し、及び前記センサのうち少なくとも１つが抵抗センサであり、該抵抗センサは、前記保護ケーシング（８）の損傷の結果による電気抵抗の変化を検出することによって達成される。
【００１３】
そのほか、上記目的は、請求項１１の特徴を備えた、ワークピースの材料加工のための方法及び請求項１０の特徴を備えた設備によって達成される。
【００１４】
抵抗センサは、保護ケーシングの損傷による電気抵抗の変化を検出するものである。保護ケーシングの出口開口部は、通常、保護ケーシングによって包囲されつつ出口開口部の方向へ縮径する押圧部材に配置されている。保護ケーシングの損傷は、まず第１に高い負荷の押圧部材の範囲において生じ、この押圧部材は、各溶接過程においてワークピースに対して押圧されるものである。抵抗センサは、好ましくはこの押圧部材に配置されている。例えば押圧部材の壁部にはめ込まれたワイヤとして構成された抵抗センサは、好ましくは少なくとも１つのコイルを備えた押圧部材を包囲する。そして、特に出口開口部から１０〜１５ｍｍの間隔をあけて配置されたワイヤが押圧部材の損傷により破壊されると、抵抗センサの電気抵抗が変化する。この変化は、抵抗センサが包囲された回路において検出され得る。出口開口部に隣接した抵抗センサの配置は、更に摩耗による押圧部材の損傷も検出されることを引き起こすものである。押圧部材の各部分が摩耗によって破損すると、比較的細いワイヤがはぎ取られ、これにより抵抗が変化する。押圧部材から保護ケーシングの残りの部分への移行部に沿ったワイヤのガイドによって、更に押圧部材全体の保護ケーシングからの離脱も検出され得る。
【００１５】
本発明の好ましい形態においては、抵抗センサはいずれにしても存在する安全回路の構成部材であり、この安全回路は、保護ケーシングの出口開口部がワークピース上に載置されて初めてビーム源のアクティブ化を可能とするものである。このような安全回路は、特許文献４に開示されており、この開示内容は、明確に本出願に取り込まれる。この安全回路は例えば保護ケーシングに配置されたスイッチ素子を含んでおり、このスイッチ素子は、出口開口部の載置時にビーム源のエネルギー供給をオンするものである。抵抗センサがこの回路に組み込まれている場合には、押圧部材の損傷においても、スイッチ素子の切替位置にかかわらずエネルギー供給のアクティブ化はなされない。
【００１６】
レーザ溶接のための機械の生産環境への最適な統合のために、特にロボットアームに配置された機械案内式の保護ケーシングのための高い可動性が必要である。抵抗センサ及び場合によっては他の複数のセンサの機械案内式の保護ケーシングでの配置により、これらの適応性が得られる。一方、動作中に連続して多軸に運動する保護ケーシングの周囲におけるセンサの配置及び測定値の監視は有効でない。
【００１７】
一重壁状の保護ケーシングにおいては、もしあれば、他の１つのセンサが好ましくは保護ケーシングの内部に、例えば保護ケーシング及び／又は集束光学部品の内面に取り付けることによって配置されている。安全性の向上のためにすでに保護ケーシングが二重壁状に構成されている場合には、互いに離間して配置された壁部によって包囲された中空室に他のセンサを配置することが可能である。保護ケーシングにおいて各抵抗センサに加えて複数の他のセンサが配置されている場合には、二重壁状の保護ケーシングにおいて少なくとも１つのセンサを中空室に配置し、少なくとも１つのセンサを保護ケーシングの内部に配置することができる。
【００１８】
これらセンサは、保護ケーシングの内部又は保護ケーシングの壁部間の中空室における化学的又は物理的な測定量の実際値を検出するものであり、この実際値は、レーザビームのための出口開口部における摩耗時及び／又は保護ケーシングの壁部の損傷時に変化する。制御部は、検出された実際値を継続的に測定量に対する目標値と比較し、この目標値と実際値の比較に応じてレーザビームの遮断及び／又はそのアクティブ化の阻止を行う。この遮断あるいはアクティブ化の阻止は特に電気的なスイッチ手段によって行われ、このスイッチ手段は、ビーム源を電流供給部から切り離すものである。他の可能性は、レーザビーム自体を遮断することにある。このことは、例えばフィルタ要素又はビーム遮断部によって行われ、このビーム遮断部は、集束光学部品の直後において光路へ押し動かされる。
【００１９】
本発明の一実施例においては、材料加工のための機械の保護ケーシングには、抵抗センサに加えて電磁ビームのための少なくとも１つのセンサが割り当てられている。このセンサは、保護ケーシングの内部及び／又は二重壁部の中空室内に配置されている。壁部の損傷により周囲の光が保護ケーシングへ入射すると、センサのレベルが変化する。このレベル変化は制御部によって検出され、この制御部は、レベル変化に応じてレーザビームを遮断するか、又はこのレーザビームがまだアクティブ化されていなければ、そのアクティブ化を阻止する。出口開口部を包囲する保護ケーシングの押圧部材が閉鎖されていれば、もはや溶接されるべきワークピースに面一に載置されていない押圧部材に基づき、同様に周囲の光が保護ケーシングの内部に入射し、これがセンサによって検出される。
【００２０】
電磁ビームに対するセンサの感受領域は、材料加工のための機械の周囲において生じる電磁ビームに合わせられている。好ましくは、電磁ビームに対するセンサは、レーザビームの波長域における電磁ビームには無感性である。この無感性は特にフィルタによって達成され、このフィルタは、電磁ビームに対するセンサの手前に接続されているとともに、レーザビームの波長域における電磁ビームを通過させないものである。
【００２１】
電磁ビームに対するセンサとして、特にフォト抵抗又はフォトダイオードが考えられる。
【００２２】
これに代えて、又はこれに加えて、保護ケーシングがこの保護ケーシングの内部に気体状の媒体を所定の第１の流量で供給可能な入口と、気体状の媒体を所定の第２の流量で排出可能な出口とを備えている限り、保護ケーシングの損傷を流量センサで特定することもできる。レーザ溶接のための機械は、保護ケーシングの内部における異物及び粒子によるレーザビームの妨害を防止するために、このような気体の流れを通常クロスジェット又はプラズマジェットの形態で有している。通常、上記出口は排出装置に結合されており、この排出装置は、供給される気体状の媒体を所定の流量で吸引するものである。保護ケーシングの損傷により漏れ箇所が生じると、気体状の媒体の一部が漏れ箇所を介して漏れ出る。これにより、排出された気体状の媒体の流量が小さくなる。この流量変化は、保護ケーシングの内部に割り当てられた流量センサによって検出される。この流量センサは、特に気体状の媒体のための出口の範囲に配置されている。しかし、この流量センサは、出口に接続されかつ排出装置に結合された配管に配置されてもよい。加えて、レーザビームの遮断あるいは阻止のための制御部における、供給される気体状の媒体の場合によっては生じる流量変動を考慮するために、気体状の媒体のための入口が常に流量センサにより監視されている。
【００２３】
出口あるいは入口での流量を検出するために、流量センサにより気体状の媒体の流速が測定されるとともに、流通する断面積とそこで測定された流速の積から流量が算出される。気体状の媒体の流速は、例えば羽根車流速計によって検出されることが可能である。さらに、流速の測定のために、電磁誘導式の流量センサ及び特に超音波流量計も考えられる。超音波流量計の本質的な利点は、測定が気体状の媒体の特性とはかなり無関係であることにある。さらに、超音波流量計は移動する機械的な部分を備えていないため、メンテナンスの手間がわずかであり、特に自動車産業における自動的な生産プロセスにおける使用については特に利点がある。
【００２４】
本発明の他の形態においては、抵抗センサに加えて、少なくとも１つの圧力センサが保護ケーシングに配置されており、この圧力センサは、保護ケーシングの内部及び／又は中空室において生じる圧力の変化を検出するものとなっている。
【００２５】
機械案内式の保護ケーシングの所定の動作状況においては、例えばこの保護ケーシングが出口開口部と共に溶接すべきワークピース上に面一に載置されている場合には、保護ケーシングの内部に所定の圧力が発生する。この圧力が保護ケーシングの壁部における損傷又は出口開口部を備えた押圧部材の摩耗によって変化すると、この圧力の変化が制御部によって検出され、レーザビームが遮断される。
【００２６】
二重壁状の保護ケーシングの中空室における圧力の変化が監視される限り、保護ケーシングの壁部の損傷が信頼性をもって確認され得る。一方、出口開口部の範囲における保護ケーシングの摩耗、特に出口開口部を備える押圧部材における摩耗は、中空室の監視によっては確認することができない。この理由から、保護ケーシングの内部における圧力も、また場合によっては存在する二重壁の中空室における圧力をも検出することが望ましい。
【００２７】
圧力の検出のためには、例えば圧電型の、又はピエゾ抵抗型の圧力センサが考えられる。ピエゾ抵抗型の圧力センサは、使用時に必要となる高い感度を備えているとともに、さらに、安価に使用可能である。ピエゾ抵抗型の圧力センサの温度依存性は、差を形成する電気スイッチによって無効にされ得る。
【００２８】
本発明の他の形態においては、抵抗センサに加えて、音量レベルの検出のための少なくとも１つのセンサが保護ケーシングに設けられており、このセンサは、保護ケーシングの内部における音量レベルの変化を検出するものである。この音量レベルセンサの使用により、例えば集束光学部品である可動部分の欠陥と共に生じる周囲雑音を早い時期に検出することができるという追加的な利点が得られる。
【００２９】
音量レベルの検出には、特にマイクロホンが使用される。このマイクロホンは、保護ケーシングの内部の音圧を対応するアナログの電圧に変換するものである。この電圧は制御部において解析され、レーザビームが遮断されるか、あるいはそのアクティブ化が阻止される。
【００３０】
本発明の他の形態においては、抵抗センサに加えて少なくとも１つの化学センサが保護ケーシングに配置されており、この化学センサは、保護ケーシング内部及び／又は中空室内の気体の化学的組成の変化を検出するものである。保護ケーシングの壁部が損傷すると、動作中に外気が保護ケーシングの内部及び／又は中空室へ至る。これにより、気体の化学的組成が変化し、これを化学センサが検出する。そして、制御部は、気体の化学的組成の変化に応じてレーザビームを遮断するか、又はそのアクティブ化を阻止する。
【００３１】
この化学センサは気体センサであり、この気体センサは、その周囲の気体についての情報を電気的に使用可能な信号に変換するものである。そして、この信号は、制御部によって処理されることができる。気体センサとしては、化学的抵抗式の原理によって動作する複数のセンサが考えられる。周囲の気体は、気体に反応するセンサ層の伝導性に直接影響を与えるものである。抵抗の変化は、測定量としての役割を果たす。気体に反応する層としては、例えば無機金属酸化膜半導体（Ｍｏｘ）又は伝導性のポリマーが考えられる。これに代えて、気体センサは、静電容量式の原理によって動作することも可能である。このとき、気体に反応する誘電体がコンデンサの静電容量を変化させる。この静電容量の変化が測定量としての役割を果たす。
【００３２】
本発明による手段により、保護ケーシングを、ロボットのロボットアームに固定することができるとともに、機械からレーザ溶接部へ機械の周囲の人々に対する健康被害のおそれを出すことなく従来の抵抗溶接ガンの溶接ヘッドと同様に移動することができる。
【００３３】
特にレーザ溶接における人の安全性を向上させるための好ましい設備は、レーザビームのためのビーム源と、ビームガイドシステムとを含んで成り、ビームガイドシステムが、レーザビームをビーム源から請求項１〜９のいずれか又は複数に記載の材料加工を行うための機械の保護ケーシングにおける集束光学部品へと導くようになっている。
【００３４】
ビーム源は、好ましくはファイバレーザである。このファイバレーザは、高い光電効率、卓越したビーム特性、高い寿命及びコンパクトかつメンテナンスフリーで強固な構造を有している。そのため、このファイバレーザは、設定された使用ケースに対して特に適したものとなっている。
【００３５】
グラスファイバの少なくとも１つのドーピングされたコアは、アクティブな媒体を形成している。ファイバレーザは、一般的に光学的に送り込まれ、このファイバレーザにおいては、そのジャケット部におけるファイバコアに対して平行に又はこのファイバレーザ自体にビームが組み込まれている。ポンプビームは、複数の単一モードファイバレーザを含むポンプ装置から出る。各レーザアクティブなファイバコアのためのドーピング要素としては、イッテルビウム及びネオジムが必要な高出力の応用のために使用される。
【００３６】
ドーピングされたコアから出た後、レーザビームは、ビームガイドシステム、特にビームを材料加工装置の集束光学部品へ導く光導波路を含むグラスファイバに至る。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、機械の完全な包囲をすることなく、特に摩耗による保護ケーシングの損傷時においても向上した人の安全性が保障される、特にレーザ溶接のための機械である、冒頭で言及した種類のワークピースの材料加工のための機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来技術による保護ケーシングにおけるレーザ溶接のための機械を示す図である。
【図２ａ】レーザ溶接のための本発明による機械の第１の実施例を規定どおりの動作時における電磁ビームのためのセンサと共に示す図である。
【図２ｂ】妨害された動作時における図２ａに基づく機械を示す図である。
【図３ａ】レーザ溶接のための本発明による機械の第２の実施例を規定どおりの動作時における流量センサと共に示す図である。
【図３ｂ】妨害された動作時における図３ａに基づく機械を流量センサと共に示す図である。
【図４ａ】レーザ溶接のための本発明による機械の第３の実施例を規定どおりの動作時における圧力センサと共に示す図である。
【図４ｂ】妨害された動作時における図４ａに基づく機械を圧力センサと共に示す図である。
【図５】二重壁状の保護ケーシングを備えたレーザ溶接のための本発明による機械の保護ケーシングを示す図である。
【図６】レーザ溶接のための本発明による機械の保護ケーシングを抵抗センサと共に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１には、高出力レーザのレーザビーム（３）によるワークピース（２）の材料加工のための機械（１）の原理的な構造が示されている。ロボットアーム（７）を備えたロボット（４）により、使用者は、ワークピース（２）へ向けたレーザビームのフレキシブルな案内が可能である。レーザエネルギーは不図示の光導波路によって加工ヘッド（５）へ案内され、この加工ヘッドからレーザビーム（３）が発出される。必要なレーザ安全性を確保するために、レーザ加工機械全体が保護ハウジング（６）内に配置されており、この保護ハウジングは、当該保護ハウジングからのレーザビームの発出を防止するものである。
【００４１】
図２〜図４にはロボットアーム（７）を有するロボット（４）を含む、レーザ溶接のための本発明による機械（１）が示されており、ロボットアームの端部には、ロボット（４）によって案内される保護ケーシング（８）が配置されている。この保護ケーシングはロボットアーム（７）の接触点とは反対側の端面において出口開口部（９）を備えており、この出口開口部は、材料加工時に、ワークピース（２）へ向いたレーザビーム（３）を包囲するものである。レーザ溶接のための機械（１）が自動車産業において使用される限りにおいて、保護ケーシング（８）の出口開口部（９）は、当該保護ケーシングによって包囲されつつ出口開口部（９）の方向へ延在する押圧部材（２１）に配置されている（図６参照）。残りの保護ケーシング（８）に対して押圧部材（２１）は縮径しており、この押圧部材は、溶接時に出口開口部（９）と面一にワークピース（２）上にかぶせられている。
【００４２】
出口開口部は特にスリットの形状を有しており、レーザは、出口開口部（９）がワークピース上に載置されて初めてアクティブにすることが可能である。このために、保護ケーシング（８）にはスイッチ素子が配置可能であり、このスイッチ素子は、複数のワークピースのいずれかへの出口スリットの載置に際してビーム源のエネルギー供給をオンするものである。この点については、特許文献４が参照され、その開示内容は、明確に本出願に取り込まれる。図２ａ、図３ａ及び図４ａには、それぞれワークピース（２）上に載置された損傷のない保護ケーシング（８）を備えた本発明による機械（１）が示されている。図２ｂ、図３ｂ及び図４ｂには、保護ケーシング（８）の側壁部の範囲における、概略的に示された損傷（１０）を有する保護ケーシング（８）が示されている。
【００４３】
図６にはレーザ溶接のための機械（１）の保護ケーシング（８）がこれに配置された抵抗センサ（２０）と共に示されており、この抵抗センサは、保護ケーシング（８）の損傷による電気抵抗の変化を検出するものである。図２〜図４に基づく実施例においては、視認性の観点から抵抗センサ（２０）は図示されていない。
【００４４】
押圧部材（２１）の壁部へはめ込まれたワイヤとして構成された抵抗センサ（２０）は、好ましくは少なくとも１つのコイルによって押圧部材（２１）を包囲している。このために、ワイヤは、ケーシング壁部における循環状の溝に貼着されることが可能である。ワイヤコイルの出口開口部（９）への間隔は、およそ１０〜１５ｍｍである。ワイヤは、押圧部材の内部においてその壁部に固定されることができる。抵抗センサ（２０）のワイヤは、押圧部材（２１）から保護ケーシング（８）の残りの部分への移行部（２２）に沿ってコイルによって案内される。
【００４５】
抵抗センサ（２０）はいずれにしても存在する安全回路（２４）の構成部材であり、この安全回路は、保護ケーシングの出口開口部がワークピース（２）上に載置されて初めてビーム源のアクティブ化を可能とするものである。この安全回路（２４）は保護ケーシング（８）に配置された例えばボタンスイッチである２つのスイッチ素子（２３）を含んでおり、これらスイッチ素子は、出口開口部（９）の載置の際に、ビーム源のエネルギー供給をオンするものである。抵抗センサ（２０）はボタンスイッチのスイッチ回路へ組み込まれているため、押圧部材（２１）の損傷存在時及びこれに付随する抵抗センサ（２０）のワイヤの損傷時に、スイッチ素子（２３）の切換位置にかかわらずエネルギー供給のアクティブ化はなされ得ない。
【００４６】
図２〜図４による本発明による機械（１）の実施形態間の差異は、保護ケーシング（８）に割り当てられたセンサの点について生じ、所定の化学的及び／又は物理的な特性は、測定値として検出される。センサによって検出された測定値の実際値は、不図示の制御部において対応する測定値のための目標値と比較される。目標値と実際値の比較に応じて、アクチュエータを備えた制御部は、レーザ照射を遮断するか、あるいはそのアクティブ化を阻止する。
【００４７】
図２〜図４に示す各実施形態においては保護ケーシング（８）が簡易な壁部で形成されているが、安全性を高めるために、保護ケーシング（８）を図５に示すように二重壁状に構成することも可能である。互いに離間して配置された保護ケーシング（８）の壁部は、中空室（１１）を包囲している。
【００４８】
図２〜図４に基づく以下に示す実施例全体において、保護ケーシング（８）を一重壁状で構成してもよいし、二重の壁部で構成してもよい。各機械（１）は、抵抗センサ（２０）に加えて、単に各図に示されたセンサ又は図２〜図４に示されているか、あるいは上述したセンサの組合せのみを備えている。これらセンサは、保護ケーシング（８）の内部にも、また存在する場合には保護ケーシング（８）の中空室（１１）に配置されることができる。
【００４９】
図２による実施例においては、保護ケーシング（８）の内部には電磁ビーム（１２）のためのセンサが配置されている。このセンサ（１２）は、レーザビーム（３）に対して非透過性のフィルタの手前に配置されている。これにより、センサが電磁ビーム（１２）に対して単に、保護ケーシング（８）へ至る残りのビームのみに反応することが引き起こされる。このことは、保護ケーシングの持上げ時にワークピース（２）から出口開口部（９）を介して保護ケーシング（８）の内部へ至る保護ケーシングの周辺における電磁ビームであるか、又はワークピース（２）上に載置されたレーザ保護ケーシングにおいていくらかの損傷により保護ケーシングへ到達する電磁ビームであり得る。保護ケーシングの外部の動作範囲において所定の電磁ビームを保障するために、１つ又は複数のビーム源（１８）が機械に案内される保護ケーシング（８）の動作範囲にされることが可能である。ビーム源（１８）の電磁ビームの波長は、好ましくは電磁ビーム（１２）のためのセンサに合わせられている。
【００５０】
電磁ビーム（１２）のためのセンサは、保護ケーシング（８）の外部から内部へ入射する電磁ビームを検出するものである。保護ケーシングの壁部における損傷（１０）に基づき、許容範囲の外側に位置する、電磁ビームに対する目標値に対する実際値の偏差を制御部が検出すると、レーザビーム（３）の遮断に至る。
【００５１】
保護ケーシング（８）の規定どおりの動作において保護ケーシング（８）がワークピース（２）から取り除かれるとすぐに、電磁ビームは、同様に出口開口部（９）を介してケーシング内へ入射するとともに、そこでセンサ（１２）によって検出される。入射するビームは、レーザビームの出口開口部がまだワークピース（２）上に載置されない限り、レーザビームのアクティブ化を阻止するものである。
【００５２】
図３による保護ケーシング（８）には流量センサ（１９）が配置されており、この流量センサ（１９）は、供給される気体状の媒体（１３）と強制的に排出される気体状の媒体（１４）の間の流量変化を検出するものである。気体状の媒体（１３，１４）は、不図示の入口を介して供給され、不図示の出口（１４）を介して排出される。例えば保護ケーシング（８）の壁部における損傷（１０）によって流量が変化すると、流量センサ（１９）は、気体状の媒体の流量の変化を検出する。損傷（１０）により気体状の媒体の保護ケーシング（８）からの漏れ流量（１５）が現れるため、流量センサは、出口においてより少ない排出された気体状の媒体（１４）の流量を検出する。流量センサ（１９）によって測定された実際値の偏差は、制御部において解析され、目標値と実際値の比較に応じてレーザビームが遮断される。
【００５３】
図４にはレーザ溶接のための機械（１）の１つの実施例が示されており、この実施例においては、圧力センサ（１６）が保護ケーシング（８）に設けられている。ここで、この圧力センサは、保護ケーシング（８）の内部において生じる圧力の変化を検出するものである。保護ケーシング（８）の壁部に損傷（１０）が生じると、圧力が変化し、制御部がレーザビーム（３）を遮断する。
【００５４】
記載された測定装置及び測定方法の本質的な利点は、図１に示される保護ハウジング（６）に比してコストを大幅に抑えられる点にある。さらに、材料加工、特にレーザ溶接のための機械（１）により、より良好に連続生産プロセスに組み込むことができる。
【符号の説明】
【００５５】
１            機械
２            ワークピース
３            レーザビーム
４            ロボット
５            加工ヘッド
６            保護ハウジング
７            ロボットアーム
８            保護ケーシング
９            出口開口部
１０          損傷
１１          中空室
１２          電磁ビームセンサ
１３          供給された気体状の媒体
１４          排出された気体状の媒体
１５          漏れ流量
１６          圧力センサ
１７          音量レベル検出センサ
１８          ビーム源
１９          流量センサ
２０          抵抗センサ
２１          押圧部材
２２          移行部
２３          スイッチ素子
２４          安全回路
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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