用于插入在激光加工系統的控制裝置和激光加工頭之間的內插式模塊的制作方法

1.本公開涉及一種內插式模塊，其用于相互耦合或插入在激光加工系統的控制裝置、特別是系統控制和激光加工頭之間，例如用于控制裝置和激光加工頭之間的通信和/或用于將功能、例如用于監視和/或控制激光加工系統或加工頭的功能加裝到激光加工系統中。本公開還涉及具有這種內插式模塊的激光加工系統。特別地，本公開涉及一種與控制裝置和激光加工頭分開形成或分離地形成的內插式模塊。


背景技術：

2.在用于通過激光束加工工件2的激光加工系統100中，如圖1所示，由激光束產生裝置101(也稱為激光光源)產生或從激光光纖的端部射出的激光束通過光束引導和聚焦光學器件被聚焦或會聚到待加工的工件。加工可以包括例如激光切割、釬焊或焊接工件2。激光加工過程可以包括各種步驟、例如穿孔、切割、焊接和/或蒸發操作。激光加工系統100可以包括激光加工裝置102、例如激光加工頭、激光切割頭或激光焊接頭。在激光切割、焊接或釬焊工件2時，對激光加工過程進行規范和監測以確保加工質量尤為重要。過程的開環控制通過控制裝置103(也稱為“系統控制”或“cnc”)來執行，而更復雜的功能、例如過程的監測或閉環控制則由附加的監測或控制單元執行。激光束產生裝置101和激光加工頭102均從控制裝置103接收數據、特別是控制數據和/或加工參數。激光加工系統1的操作者或用戶可以訪問控制裝置103。換言之，控制裝置10包括用于從操作者接收數據、特別是輸入數據并且用于向操作者輸出數據、特別是輸出數據的用戶接口。例如，輸入數據可以是為相應的加工過程預先確定的加工參數、特別是切削參數，或特定的工件和/或材料特性。
3.通常，在激光切割中，除了激光輻射之外還需要同軸氣體射流來驅動該過程。為了設置體積流量和壓力，氣源經由氣體管線161連接到加工頭102，并且通常地插入有由控制裝置103控制的氣體供應裝置160、例如氣閥。因此，控制裝置能夠使激光發射和氣體供應與工藝順序精確同步并相互協調。
4.在激光材料加工中、特別是在激光切割中，初始系統啟動之前的長設置程序是典型的。初始啟動的一個重要部分是光束對中。在當前的激光加工系統中，每次插入光纖后都必須進行手動光束定心。此外，單個系統的各個構件、例如控制裝置、激光束產生裝置和激光加工頭不協調。因此，加工參數可能因工廠而異。因此，初始啟動非常耗時，并且系統的構件必須相互精確匹配。
5.另外，必須設置加工參數，也可以稱為激光加工過程或系統的參數化。激光材料加工過程的參數組通常根據經驗值并根據材料和工件特性、特別是待加工的工件的材料類型和厚度進行調整。此外，加工參數可以基于所使用的構件、特別是光學構件、例如光學器件、鏡子和透鏡的特性以及構件差異、雜質和環境影響、特別是系統中的濕度和環境溫度而變化。目前，激光加工過程的參數組必須通過實驗來確定，并在專家知識的幫助下為每個系統重新調整。使參數組適應修改后的激光加工過程、特別是其它類型的材料、工件厚度等，需
要大量的專有技術和專業知識，因此也很耗時。
6.在激光材料加工過程期間、特別是在激光切割期間，激光加工頭中的測量值或傳感器值、例如防護鏡的溫度和雜散光傳感器值根據經驗或實驗確定的閾值來監測和檢查。這允許監測激光加工頭、其光學構件和激光加工過程、例如切割過程的狀態。然而，這些傳感器值本身沒有意義，必須與附加的邊界條件、例如當前的激光功率、當前的環境溫度、濕度等相關聯。這些關系的解釋還需要專業知識和長期處理激光加工系統、特別是激光切割系統的經驗，并且不能簡單地從單獨的傳感器讀數中得出。
7.對于激光加工系統、特別是激光切割系統的初始啟動，以及對于控制和監測激光加工過程、特別是對于距離控制，以及對于監測激光加工過程或激光加工系統的一部分或構件、特別是激光切割頭的狀態，目前需要各種獨立的單元、裝置和/或設備。
8.ep3159093b1涉及一種用于控制激光切割過程的方法。在該情況中，切割操作在第一次加工操作之后被中斷，隨之加工路徑的至少一部分被掃描并且加工結果的至少一個質量特征被自動確定。
9.de102016219927b4涉及一種用于監測工件上的熱切割過程的裝置和方法。相機從待監測的工件區域捕獲圖像。評估裝置評估圖像。這里，圖像被聚類并且當前捕獲的圖像可以通過比較圖像分析被分配給這些聚類。控制裝置可以影響或改變至少一個受控變量、例如進給速率、激光功率、焦點位置和/或氣體壓力，從而實現始終如一的高切割質量。
10.系統的計算能力和存儲容量通常被精確地定制為在交付時可用的功能。提供大量儲備是不經濟的。但是，系統的使用壽命和耐用期可能超過10年。在此期間，計算和存儲技術取得了長足的進步。調整現有激光加工系統的控制裝置、例如系統控制、例如cnc的可能性是有限的，因為它具有有限的計算能力或存儲容量。此外，必須處理越來越多來自傳感器等的輸入數據。原則上，cnc升級是可能的，但實用性和經濟可行性普遍較差。現有系統(例如erp、cad/cam)的接口必須進行調整或重新編程，導致成本高昂且沒有附加價值。


技術實現要素：

11.因此，本發明的一個目的是提供一種內插式模塊，用于相互耦合或插入在激光加工系統的控制裝置(特別是系統控制)和激光加工頭之間，由此激光加工系統可以根據當前要求進行改造。
12.本發明的另一個目的是提供一種內插式模塊，用于相互耦合或插入在激光加工系統的控制裝置、特別是系統控制器和激光加工頭之間，以減少用于激光加工系統的系統控制的數據流、特別是傳感器的數據流。
13.本發明的另一個目的是提供一種內插式模塊，用于相互耦合或插入在激光加工系統的控制裝置、特別是系統控制和激光加工頭之間，所述模塊配置為提供存儲容量和/或計算容量和/或接管用于控制、數據分析和監測中的至少一項功能。
14.最后，本發明的一個目的是減少激光加工系統或激光加工過程的初始啟動、監測、開環控制、閉環控制和/或適配所需的附加單元的數量并簡化新功能、例如用于激光加工系統中激光加工或激光切割過程的參數化、控制和/或監測的新功能的添加。
15.特別地，本發明的一個目的是提供一種內插式模塊，該內插式模塊配置為將至少一個功能改裝到激光加工系統中。這些功能之一可以簡化和自動化激光加工系統的初始啟
動。這些功能中的另一個可能包括立即對激光加工過程中的變化做出反應、特別是實時反應。這些功能中的另一個可以允許實時監測和/或控制激光加工過程和/或監測激光加工頭的狀態。這些功能中的另一個可以允許在激光加工過程中調整激光加工過程的參數、特別是實時調整。這些功能中的另一個可以允許獨立于激光加工過程的其它步驟來調整激光加工過程的各個步驟的參數。
16.這些目的中的一個或多個通過獨立權利要求的主題來解決。有利的實施例和其它的發展是從屬權利要求的主題。
17.本發明基于為激光加工系統提供內插式模塊的基本思想，該內插式模塊用于相互耦合或插入在激光加工系統、特別是激光切割系統的控制裝置、特別是系統控制或cnc與激光加工頭之間，所述內插式模塊具有多個接口、處理單元以及可選地還有數據存儲器或數據庫。特別地，內插式模塊具有與激光加工系統的激光加工頭相連接的接口，以及與激光加工系統的控制裝置、也稱為系統控制相連接的接口。在此，內插式模塊配置為激光加工系統的獨立的附加構件，并且特別是與激光加工頭和控制裝置分開設置。因此，映射到控制裝置(例如，cnc)的系統核心功能可以保持盡可能不受影響，而附加功能可以經由內插式模塊的附接進行映射。
18.典型的控制功能、特別是關于工件和/或激光加工頭等的安全或運動的功能則可以保留在系統控制中。內插式模塊用于為激光加工系統提供額外的計算能力，并為激光加工系統的上述構件提供大量接口。內插式模塊的可能功能包括數據存儲、特別是長期數據存儲、數據處理和/或分析、特別是實時的處理和分析、例如通過人工智能處理和分析、與控制裝置通信以及與激光加工頭通信。
19.內插式模塊還可以具有到與激光加工頭相關聯的激光束產生裝置、例如產生激光束的激光光源(簡稱為“激光器”)的至少一個接口，和/或到激光加工系統的至少一個傳感器單元的至少一個接口。因此，內插式模塊可以經由激光加工頭或直接經由專用接口與傳感器單元通信。內插式模塊也可以具有到至少一個氣體供應單元、例如氣閥的至少一個接口，以用于控制進入加工頭和/或到工件上的工藝氣體供應。
20.內插式模塊用于在系統控制和激光加工頭之間進行通信。內插式模塊可以簡化或支持激光加工系統或激光加工頭的初始啟動。例如，內插式模塊可以幫助光束居中。特別是，內插式模塊可以直接例如基于傳感器數據校正、調整和/或優化由系統控制發送到激光加工頭的加工參數，而無需將加工參數發送回系統控制。這允許在激光加工過程的閉環控制中加速響應激光加工過程和/或激光加工頭狀態的變化，并減輕系統控制的負擔，系統控制通常只有專門定制的計算能力、即沒有冗余或空閑的計算能力。激光加工過程的加工參數的校正、調整和/或優化既可以在線進行、即在激光加工過程執行期間進行，也可以離線進行、即在激光加工過程終止或中斷之后進行。此外，可以獨立于激光加工過程的其它步驟來調整、適配、校正和/或優化激光加工過程的各個步驟或相應的加工參數。內插式模塊還可以使用激光加工系統的各種傳感器的傳感器信號或測量值、特別是相機圖像和麥克風記錄以及溫度、壓力、輻射和濕度傳感器的測量值，不僅用于調整和控制激光加工過程，還提供了監測激光加工頭狀態的能力。這包括監測光學構件、特別是防護鏡或鏡片，以及監測易受機械磨損的部件、例如噴嘴、絕緣部件或密封件。此外，內插式模塊可以向用戶或激光加工系統的控制裝置提出關于激光加工頭的構件的更換或維護的建議(所謂的“預測性維
護”)。這為激光加工頭帶來了簡化的維護選項。此外，激光加工系統、激光加工頭或激光加工過程的初始啟動、控制或監測不再需要多個裝置。相反，這些功能可以捆綁在一個內插式模塊中。通過內插式模塊，大量的設備和/或裝置或其功能被組合成一個內插式模塊。單個內插式模塊為用戶提供了多種好處：一次性啟動并集成到激光加工系統中，降低成本并更深入地了解激光加工過程，通過不同傳感器和數據源的組合進行監測，并且易于通過軟件或通過更換內插式模塊進行更新。
21.根據本公開的一個方面，指定了一種用于相互耦合或插入在激光加工系統、特別是激光切割系統的控制裝置和激光加工頭之間的內插式模塊，其中，所述內插式模塊包括：第一接口，內插式模塊配置為能夠經由第一接口與激光加工頭和/或激光加工系統的至少一個傳感器裝置交換數據；第二接口，內插式模塊配置為能夠經由第二接口與激光加工系統的控制裝置交換數據；處理單元，其配置為處理從激光加工頭和/或從控制裝置和/或從至少一個傳感器裝置接收的數據，并將處理后的數據傳輸到激光加工頭和/或控制裝置和/或至少一個傳感器裝置。可以在每種情況下提供多個接口。除了激光加工頭和控制裝置(即，系統控制)之外，激光加工系統還可以包括至少一個傳感器裝置。激光加工系統可以是激光切割系統，激光加工頭可以是激光切割頭。
22.內插式模塊優選地包括殼體，該殼體限定內插式模塊的外觀并且包括內插式模塊的接口。換言之，接口可以形成在殼體上。在殼體中，可以提供處理單元。
23.內插式模塊可以包括數據存儲器或連接到數據存儲器(例如，經由usb、經由通信接口、經由網絡或在線連接)。數據存儲器配置為存儲接收的數據和/或處理后的數據。數據存儲器特別是可以配置為存儲激光加工過程的各個步驟、例如穿孔、切割、蒸發等、預定加工參數組、傳感器數據和/或激光加工頭的狀態值。
24.內插式模塊還可以包括第三接口，內插式模塊配置為經由第三接口和/或第四接口與激光加工系統的至少一個另外的傳感器裝置交換數據，內插式模塊配置為經由第四接口與激光加工系統的激光束產生裝置交換數據。該另外的傳感器裝置例如可以是距離傳感器。第三接口可以配置為bnc接口。內插式模塊還可以包括第五接口，內插式模塊配置為經由第五接口與激光加工系統的至少一個氣體供應裝置交換數據，以控制供應到加工頭中和/或到工件上的工藝氣體。氣體供應裝置可以是或包括氣閥。
25.內插式模塊因此包括多個接口以接收由至少一個傳感器裝置或至少一個另外的傳感器裝置檢測到的傳感器值和/或測量信號。至少一個傳感器裝置和/或至少一個另外的傳感器裝置可以布置在激光加工頭上和/或工件上。傳感器裝置可以包括光傳感器、光電傳感器、溫度傳感器、振動傳感器、oct傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、距離傳感器、加速度傳感器、激光功率傳感器、輻射傳感器、等離子傳感器，流量傳感器、聲音傳感器、麥克風單元或相機單元中的至少一種或其組合。至少一個傳感器裝置和/或至少一個另外的傳感器裝置優選用于確定工藝和材料特性、特別是激光加工頭的狀態。此外，用于確定激光功率和距離的數據可以通過接口接收并隨后進行評估。
26.處理單元可以配置為通過各種統計技術和機器學習方法、例如聚類方法、深度(卷積)神經網絡方法和支持向量機利用高性能處理器處理數據、特別是來自數據存儲器或數據庫的數據。該處理可以完全在內插式模塊內執行或由內插式模塊執行。
27.內插式模塊還可以包括通信接口，內插式模塊可經由通信接口連接到通信網絡。
通信網絡可以是互聯網或本地網絡。內插式模塊可以配置為經由通信網絡提供接收的數據和/或處理后的數據和/或存儲在數據存儲器中的數據。在這種情況下，內插式模塊的處理單元的數據處理可以通過與外部處理單元或計算單元、例如云服務器的交互來進行。內插式模塊可以配置為將接收的數據和/或處理后的數據和/或存儲在數據存儲器中的數據經由通信網絡傳輸到外部存儲器。因此，通信接口允許將數據從內插式模塊的數據存儲器、特別是內插式模塊的長期存儲器經由通信網絡傳輸到外部存儲器，使得所述數據的至少一部分數據存儲在外部存儲器上。此外，提供通信接口以允許遠程訪問激光加工系統、特別是用于遠程維護。
28.通信接口也可以稱為“通信裝置”。通信接口配置為將內插式模塊集成到通信網絡中、特別是本地網絡和/或互聯網。可以經由通信網絡訪問內插式模塊。特別地，可以經由通信網絡訪問存儲在數據存儲器中的數據，特別是處理后的數據和/或接收的數據。數據可以包括激光加工過程的加工參數和/或加工參數組、激光加工頭的測量值和/或傳感器值和狀態值。經由通信網絡對內插式模塊的訪問、也稱為“遠程連接”可以通過安全連接、特別是vpn連接或隧道進行。經由通信網絡的訪問允許激光加工頭的遠程控制、遠程監測和/或遠程維護，例如通過查詢、評估和/或監測激光加工頭的狀態值來進行。
29.內插式模塊還可以包括至少一個用戶界面、特別是圖形用戶界面(gui)。用戶界面可以在內插式模塊本身處提供。例如，內插式模塊可能有屏幕。替代地，用戶界面可以在單獨的裝置上提供并且經由通信網絡連接到內插式模塊。內插式模塊的用戶界面是作為控制裝置的用戶界面、即cnc的人機界面的補充或獨立于控制裝置的用戶界面提供的。內插式模塊可以配置為經由用戶界面向內插式模塊的用戶輸出數據、特別是存儲在數據存儲器中的數據和/或處理后的數據，和/或經由用戶界面從內插式模塊的用戶接收數據。
30.特別地，內插式模塊可以包括屏幕和/或鍵盤、計算機鼠標等或經由接口與它們連接。內插式模塊還可以配置為可由用戶經由用戶接口進行編程。
31.總的來說，與內插式模塊通信或操作內插式模塊有三種方式：首先，內插式模塊可以經由控制裝置的第二接口402從控制裝置接收數據或向控制裝置發送數據。換言之，可以經由控制裝置或控制裝置的人機界面來操作內插式模塊。其次，內插式模塊本身可以經由內插式模塊的用戶界面接收或輸出數據。這里，用戶界面的圖形用戶界面可以顯示在內插件模塊本身上，也可以顯示在與插件模塊相連的屏幕上，或者顯示在經由插件模塊的通信接口連接的本地pc上。第三，通過將內插式模塊的通信接口連接到互聯網，可以使用與遠程計算機或平板電腦的遠程連接來與內插式模塊進行通信。
32.內插式模塊可以配置為從至少一個傳感器裝置和/或從激光加工頭接收傳感器數據，和/或從控制裝置接收加工參數。接收的傳感器數據可以包括來自激光加工頭的至少一個傳感器、也稱為“頭部傳感器系統”的至少一個測量值、傳感器值、測量信號和/或傳感器信號，和/或來自激光加工系統的至少一個另外的傳感器、特別是另一個構件處的傳感器、也稱為“過程傳感器系統”的至少一個測量值、傳感器值、測量信號和/或傳感器信號。
33.內插式模塊可以配置為將加工參數和/或控制信號傳輸到激光加工頭和/或激光束產生裝置和/或控制裝置，和/或將傳感器數據傳輸到控制裝置。
34.加工參數可以包括激光功率、氣體壓力、噴嘴類型、噴嘴直徑、從激光加工頭到工件的距離、進給速率、激光加工頭的激光束的焦點位置、激光加工頭的激光束的光束直徑、
加工方向和/或加工路徑。
35.內插式模塊可以配置為將從至少一個傳感器裝置接收到的數據直接發送到控制裝置和/或將從控制裝置接收到的加工參數直接發送到激光加工頭和/或到激光束產生裝置。
36.內插式模塊可以配置為從至少一個傳感器裝置和/或激光加工頭接收傳感器數據，以便處理、特別是通過處理單元處理接收的傳感器數據，以根據處理后的傳感器數據調整從控制裝置接收的加工參數，和/或將調整后的加工參數傳輸到激光加工頭、激光束產生裝置和控制裝置中的至少一個構件。
37.因此，內插式模塊使得可以為激光加工系統的控制裝置提供激光加工過程的最佳和/或優化加工參數的建議。此外，內插式模塊可以離線、特別是在兩個激光加工過程之間，或在線、特別是實時地為激光加工頭提供經過調整、校正的最佳和/或優化的加工參數、例如激光加工頭到工件的距離值和/或激光加工的透鏡位置。此外，可以向控制裝置提供z軸的加工參數或控制值、特別是激光加工頭到工件的距離，以確保到工件的距離恒定。
38.處理單元可以配置為實時處理接收的數據、特別是接收的傳感器數據。
39.處理單元還可配置為基于接收到的傳感器數據確定激光加工頭和/或激光加工過程的狀態并將其發送給控制裝置。
40.內插式模塊還可配置為基于接收的傳感器數據檢測激光加工過程的事件和/或加工結果。
41.特別地，加工過程事件可以包括刺穿、切穿和切斷或自燃的發生。
42.內插式模塊可以經由第一和第二接口連接到激光加工頭和控制裝置。
43.內插式模塊可以可更換和/或可移除地集成在激光加工系統的控制柜中。
44.內插式模塊可以布置成與控制裝置和激光加工頭分開、特別是在空間上分開，和/或布置在控制裝置和激光加工頭之外。
45.根據本公開的另一方面，指定了一種激光加工系統，其中該激光加工系統包括控制裝置、至少一個激光加工頭、與至少一個激光加工頭相關聯的至少一個傳感器裝置和至少一個上述內插式模塊。此外，激光加工系統可以包括激光束產生裝置。
46.因此，根據本公開，內插式模塊用作激光加工系統的激光加工頭和控制裝置之間的中介，例如，以便以協作的方式捆綁或處理激光加工頭和/或傳感器裝置和/或激光束產生裝置的數據流，并將其接收、傳輸、發送或保存到激光加工系統的構件之一。
附圖說明
47.在下文中，將參照附圖詳細描述本發明。在圖中：
48.圖1示出了現有技術的激光加工系統；
49.圖2-7分別示出了根據本公開實施例的內插式模塊和激光加工系統；以及
50.圖8示出了根據本公開的其它實施例的內插式模塊和激光加工系統。
具體實施方式
51.在下文中，除非另有說明，相同的附圖標記用于相同或相似的元件。
52.圖2-7均示出了根據本公開實施例的內插式模塊40和激光加工系統。激光加工系
統1包括控制裝置10(也稱為系統控制)、至少一個激光加工頭20、與激光加工頭相關聯的激光束產生裝置30、至少一個傳感器裝置(未示出)和用于監測和控制激光加工頭20的至少一個內插式模塊40。激光束產生裝置30配置為產生激光束、例如通過光纖31將其傳遞到激光加工頭20。為此，激光束產生裝置30可以從控制裝置10接收數據、特別是控制數據。
53.控制裝置10包括用戶接口11，用于從操作者接收數據、特別是輸入數據，并且用于向操作者輸出數據、特別是輸出數據。控制裝置10還包括到激光束產生裝置30的接口13，用于向其發送控制數據。控制裝置10特別是可以構造成控制用于運動軸的驅動單元。
54.內插式模塊40包括到激光加工頭20的至少一個第一接口401，并且被配置為經由第一接口401與激光加工頭20交換數據。一方面，內插式模塊40例如可以經由第一接口401向激光加工頭20發送控制信號，以控制激光加工頭20或包括在其中的構件、例如光學構件。另一方面，內插式模塊40可以經由第一接口401從激光加工頭20接收例如表征激光加工頭20的狀態的數據。特別地，內插式模塊40可以經由第一接口401與激光加工系統的磁頭驅動器和/或傳感器裝置21(參見圖8)通信。例如，內插式模塊40可以經由到激光加工頭的第一接口401從至少一個傳感器裝置接收傳感器數據。此外，內插式模塊40可處理所述傳感器數據并將所述數據傳輸至控制裝置10或將所述數據作為控制信號輸出至激光加工頭20。換言之，內插式模塊40可配置為便于控制裝置10中的數據處理和/或加速激光加工頭20的控制。第一接口401優選地配置為以高采樣率從傳感器裝置接收模擬和/或數字形式的數據。
55.內插式模塊40還包括到控制裝置10的第二接口402。內插式模塊40配置為經由第二接口402與控制裝置10交換數據。例如，內插式模塊40可以從控制裝置10接收加工參數和/或控制信號。這些加工參數和/或控制信號可以由操作員經由用戶界面11輸入或由控制裝置10生成。此外，內插式模塊40可以將優化的、調整的或校正的加工參數和/或控制信號和/或傳感器數據傳輸到控制裝置10。換句話說，內插式模塊40可以配置為促進控制裝置10和激光加工頭20之間的通信。
56.可選地，內插式模塊40包括到至少一個另外的傳感器裝置22(見圖8)的至少一個第三接口403。在圖2-7中，示出了兩個第三接口403。例如，距離傳感器可以經由配置為bnc接口的第三接口403連接到內插式模塊40。內插式模塊40則配置為經由至少一個第三接口403與激光加工系統1的至少一個另外的傳感器裝置交換數據。例如，內插式模塊40可以直接從至少一個另外的傳感器裝置接收數據。此外，內插式模塊40可處理所述傳感器數據并將所述數據傳輸至控制裝置10或將所述數據作為控制信號輸出至激光加工頭20。換言之，內插式模塊40可配置為便于控制裝置10中的數據處理和/或加速激光加工頭20的控制。第三接口403優選地配置為以高采樣率從傳感器裝置接收模擬和/或數字形式的數據。
57.傳感器裝置21或另外的傳感器裝置22可以布置在激光加工頭20之上或之中或布置在工件2上。至少一個傳感器裝置可以包括選自由以下組成的組中的至少一個傳感器：光傳感器、光電傳感器、溫度傳感器、聲音傳感器、振動傳感器、濕度傳感器、壓力傳感器、位置傳感器、加速度傳感器、輻射傳感器、流量傳感器、麥克風、相機、距離傳感器、等離子傳感器、激光功率傳感器和oct傳感器。傳感器裝置可以配置為檢測加工過程和/或工件和/或激光加工頭的特性。
58.加工參數可以包括激光功率、從激光加工頭到工件的距離、進給速率、激光加工頭中的光學器件的位置、激光加工系統的激光束照射到工件上的焦點位置、激光加工系統的
激光束的光束直徑、加工方向和/或加工路徑。
59.可選地，內插式模塊40包括第四接口404。內插式模塊40配置為經由第四接口404與激光束產生裝置30交換數據。例如，內插式模塊40可以從激光束產生裝置30接收關于當前激光功率的數據和/或將控制數據發送到激光束產生裝置30。
60.接口401至404可以組合成一個物理接口。
61.內插式模塊40還包括被配置為處理數據的處理單元(未示出)。例如，內插式模塊40可以處理從激光加工頭20和/或控制裝置10和/或至少一個傳感器裝置和/或激光束產生裝置30接收的數據，并將處理后的數據傳輸到這些單元中的相同或其它單元。處理單元優選地設置為實時處理和/或發送數據。在內插式模塊的一個實施例中，處理單元配置為利用高性能處理器使用各種統計技術和機器學習方法、例如機器學習、聚類方法、深度神經網絡和支持向量機來分析數據。處理單元優選地還配置為在各個處理步驟之間或在處理中實時地將加工參數的建議發送到控制裝置10或向激光加工頭提供優化的參數值、例如校正的透鏡位置。此外，可以將z軸的控制值提供給控制裝置10，以確保到工件的距離恒定。
62.此外，內插式模塊40可以包括被配置為存儲接收的數據和/或處理后的數據的數據存儲器(未示出)。替代地，內插式模塊40可以與這樣的數據存儲器連接、例如經由通信接口(如下所述)連接。存儲在數據存儲器中的數據可以包括傳感器數據和/或關于激光加工頭20的狀態的數據和/或由操作者和/或由控制裝置10設置的加工參數。數據可以與單個激光器相加工步驟、例如穿孔或切割過程關聯。
63.內插式模塊40還可以包括用戶接口405。內插式模塊40可以配置為經由用戶接口405向用戶輸出數據和/或從用戶接收數據。輸出可以例如在屏幕406上進行。輸入的數據可以是例如為相應的加工過程預先確定的加工參數、特別是切削參數或特定的工件和/或材料特性。
64.在根據圖2-7的實施例示出的內插式模塊40與控制裝置10和激光加工頭20是分開的、特別是在空間上是分開的。換言之，內插式模塊40設置在控制裝置10和激光加工頭20之外，并且可以經由至少一個接口連接到兩者。內插式模塊40可以包括形成內插式模塊40的外觀的殼體。到激光加工頭20的至少第一接口401、到控制裝置10的第二接口、以及到傳感器裝置的第三接口403形成在殼體上。
65.內插式模塊40可以形成為外部內插式模塊或盒子。內插式模塊40用作激光加工頭20和控制裝置10之間的“中介”，以便協作的方式捆綁和處理來自激光加工頭20和激光束產生裝置30的大量數據。
66.此外，內插式模塊40用于傳感器數據或測量值的處理和/或存儲及評估。
67.圖3中的激光加工系統1包括經由第五接口466連接到內插式模塊40的氣體供應裝置60，其用于控制工藝氣體供應、例如供應進入激光加工頭20和/或到工件2上。在圖3所示的示例中，氣體供應裝置60通過氣體管線61連接到激光加工頭20。氣體供應裝置60可以是或包括氣閥。在一個實施例中，氣體供應裝置60可由內插式模塊40經由第五接口466控制和/或讀取和由控制裝置10控制和/或讀取。
68.如圖4所示，內插式模塊40簡化了激光加工系統1的初始啟動或激光加工過程，并且特別允許激光加工頭20的噴嘴的自動噴嘴對中。特別地，內插式模塊40允許初始啟動的基于傳感器和/或相機的支持。
69.如圖5所示，內插式模塊40還可實現激光加工頭20和/或激光加工過程的傳感器數據、加工參數和/或狀態值的長期數據存儲，以便啟用對數據的手動評估、例如由專家進行的評估。
70.如圖5中進一步所示，內插式模塊40可以執行預定義的測量周期以與參考測量周期進行比較，從而確定激光加工頭20的狀態和/或將激光加工頭20與激光束產生裝置30相匹配。因此，激光加工頭20和/或激光束產生裝置30的制造偏差可以得到補償，并且可以支持初始啟動。
71.內插式模塊40還允許例如通過人工智能和機器學習進行所謂的“實時數據處理”以調整加工參數、監測和控制激光加工過程、特別是監測和控制穿孔和切割過程。
72.激光加工過程的控制可以包括對以下元件中的一個或多個的控制：激光加工頭20的控制、特別是激光加工頭20中包括的構件、例如聚焦光學器件、準直光學器件、光束整形光學器件、掃描鏡等的控制，激光束產生裝置30的控制、特別是激光功率、占空比、光束整形、背反射傳感器等的控制，切割氣體壓力的控制，加工過程的軸的控制，以及從激光加工頭20到工件的距離(即，噴嘴距離)的控制。
73.這樣，監測和控制從激光束產生裝置30到激光加工頭20出口的激光束的完整光路是可能的。例如，當出現錯誤或缺陷時，容易區分激光加工頭20、激光束產生裝置30以及激光束產生裝置30和激光加工頭20之間的光纖的缺陷。
74.如圖6所示，還可以監測和/或控制激光加工過程、特別是激光切割過程，自動補償激光加工頭20的光學構件的所謂“焦點偏移”。
75.如圖7所示，通過內插式模塊40也可以通過自動穿刺或切穿檢測來監測和/或控制激光加工過程。例如，檢測借助于內插式模塊40對傳感器數據、特別是相機圖像的評估來進行。借助該功能，可以優化穿刺過程。特別地，通過內插式模塊，可選擇正確的加工參數、例如正確的穿孔參數和/或最佳參數以更快地穿孔，并且可以防止切斷。
76.圖8示出了根據本公開的其它實施例的激光加工系統。除了下面描述的差異，圖8所示的激光加工系統對應于圖2-7所示的激光加工系統。
77.根據實施例，內插式模塊40還包括通信接口408(參見圖8)，內插式模塊40可經由通信接口連接到通信網絡、例如局域網或互聯網。內插式模塊40可以配置為經由通信網絡提供接收的數據和/或處理后的數據和/或存儲在數據存儲器上的數據。這可以實現所謂的“遠程監測”并訪問激光加工頭進行遠程維護。通信接口可以經由通過安全連接、例如vpn隧道提供通信網絡到內插式模塊40的用戶界面和存儲在內插式模塊中的數據、例如參數組、工藝特性、傳感器值、激光加工或切割頭的狀態值的訪問。經由安全的網絡連接的訪問允許通過訪問數據以及遠程控制內插式模塊的功能范圍來遠程維護激光加工系統或加工頭。
78.圖8所示的激光加工系統1的內插式模塊40包括另一個接口408，用于與服務器50、特別是云或網絡、特別是互聯網或本地網絡通信。經由通信接口408的通信可以是無線的或有線的。圖8所示的內插式模塊40可以是上面圖2-7所示的內插式模塊40之一，附加地還具有所述通信接口408。如上所述，數據存儲器409是可選的。附加地或替代地，可以例如通過服務器50提供外部數據庫501，該外部數據庫通過經由通信接口408連接到內插式模塊40。服務器50可以配置為本地服務器。內插式模塊40的處理單元407經由通信接口408與數據庫501和/或服務器50的處理單元502連接，用于與數據庫501或處理單元502進行通信。這樣，
關于數據處理的任務和/或步驟可以由內插式模塊40的處理單元407外包給處理單元502。此外，數據可以外部存儲在數據庫501中并且外部地存儲在數據庫501中的數據可以由內插式模塊訪問。此外，數據庫501允許為多個內插式模塊40存儲數據。與通信接口一樣，用戶接口405可以配置用于無線通信。還可以將通信接口408用作用戶接口405，并經由通信接口408和網絡將來自pc或平板電腦的用戶輸入數據傳輸到內插式模塊40。
79.通過在激光加工系統中提供根據本公開的實施例的內插式模塊，其中所述內插式模塊與控制裝置和激光加工頭分開形成并且可經由相應的接口連接到這些元件和傳感器裝置以交換數據，可以實現以下優點：
80.通過不在控制裝置或系統控制(通常是cnc)內實現內插式模塊的所述功能，可以防止對控制裝置的過度需求。此外，內插式模塊可以提供超出傳統系統控制的計算和/或存儲容量。內插式模塊還可以提供特殊或專門的計算架構、例如ai處理器，這些架構不包括在傳統的系統控制中。此外，內插式模塊可以接管傳感器裝置和激光加工頭的數據的預處理，以減少待存儲的數據量。這些功能需要傳統系統控制無法提供的專業知識、開發環境和計算能力。系統控制通常僅具有標準接口、特別是i/o、總線，但通常沒有圖像采集卡等。此外，系統控制未配置為以高數據速率與許多構件進行特別快速的通信。此外，激光加工系統的安全性得到提高，因為遠程連接或遠程維護的可能性對系統控制的安全性比對單獨構件的安全性更有害。這導致較低的破壞風險。最后，現有的激光加工系統可以通過更換或改裝內插式模塊來輕松且廉價地改裝現代功能，而無需更換系統控制本身。
81.通過不在激光加工頭內而是在單獨的模塊中實現內插式模塊的所述功能，激光加工頭保持緊湊和輕巧。此外，可以更輕松地保護激光加工頭免受工藝影響、例如灰塵、飛濺、高溫和高溫波動、高加速度、碰撞等的影響。在維護時，只需更換激光加工頭。內插式模塊不需要更換。
82.通過不在激光束產生裝置內而是在單獨的模塊中實現內插式模塊的所述功能，也可以確保激光束產生裝置的快速和容易的可更換性。激光束產生裝置的計算能力可以限于基本功能。因此，可以廉價地制造激光束產生裝置。
83.通過根據本發明的內插式模塊，用于優化激光加工過程的功能的許多單獨的單元和裝置被組合并融合到一個單元中。一個單獨的模塊為用戶提供了多種好處：一次性設置和集成到激光加工系統中，降低成本和更深入地了解激光加工過程，以及經由不同傳感器和數據源的組合進行監測。