4. 激光安全与机器人集成规范
激光设备与机器人集成的安全设计，核心不是“把防护罩装上去”这么简单，而是要把激光本身的危险等级、机器人运动带来的碰撞风险、以及两者在时间和空间上的协同关系统一到一套安全逻辑里。TRUMPF 激光器通常工作在 1 类激光产品外壳内，但一旦集成到机器人工作站，激光发射路径、机器人运动轨迹和人员可达区域会重新组合，必须重新评估风险。本节围绕激光安全等级、防护罩设计、互锁机制、机器人安全区域与激光发射的协同控制，以及 EN ISO 11553 与 EN ISO 10218 的要求展开。
一、激光安全等级与集成后的重新评估
EN 60825-1 将激光产品分为 1、1M、2、2M、3R、3B、4 类。TRUMPF 的 TruDisk、TruFiber 等光源在整机外壳内通常按 1 类激光产品交付，意味着正常使用时人眼不会接触到超过 1 类可达发射限值（AEL）的辐射。但集成到机器人工作站后，如果防护罩被打开、光路外露、或机器人把加工头带到人员可接近的位置，实际风险等级可能上升到 3B 甚至 4 类。因此集成商必须做“集成后可达发射评估”，而不是直接沿用光源的 1 类标签。
评估的关键参数包括：激光波长（例如 1030 nm 附近）、平均功率（如 4 kW）、光束发散角、加工头焦距、以及人员可能接近的距离。以 4 kW、1030 nm 连续激光为例，若光束直接进入眼睛，视网膜损伤阈值远低于该功率，因此任何可能让光束外露的开口都必须被防护罩或联锁覆盖。集成后的安全目标通常是：在防护罩完整闭合时维持 1 类；一旦防护罩打开，激光必须在人员可接触光束前被切断。
二、防护罩设计：从“挡光”到“可控可达”
防护罩（Laser Guarding）要同时满足三个功能：阻挡激光直射与漫反射、限制人员进入危险区、为联锁提供安装界面。材料选择上，针对 1030 nm 近红外激光，常用不透明金属板（如 2 mm 冷轧钢板）或专用激光防护板；观察窗必须使用对应波长的激光防护玻璃，其光密度（OD）需按 EN 60825-4 计算。例如，若窗后可能接收的辐照度为 100 W/cm²，而该波长 MPE 为 0.1 W/cm²，则所需 OD = log10(100/0.1) = 3，应选 OD≥3 的观察窗。
防护罩的开口尺寸也要控制。对于 4 类激光，任何人员可伸入的开口都应设计成无法让头部或眼睛进入光路；常用做法是采用迷宫式开口、加装遮挡板，或把开口尺寸限制在 10 mm 以下。防护罩还应考虑漫反射：激光打在金属工件上会产生二次辐射，罩体内壁宜采用深色、粗糙、不易反光的表面，减少镜面反射路径。
三、互锁机制：让“开门”必然导致“断光”
互锁（Interlock）是防护罩与激光之间的强制逻辑：门未闭合，激光不能发射；门一旦打开，激光必须在人员接触光束前被切断。EN ISO 14119 把联锁装置分为带编码和不带编码、机械式和电磁式等类型。对于 4 类激光，建议采用双通道编码联锁开关，并接入安全控制器，达到 EN ISO 13849-1 的 PL d、Category 3 结构。
实际接线中，常见做法是：联锁开关的两路常闭触点分别接入安全继电器的两个输入通道；安全继电器输出一路控制激光使能（Laser Enable），另一路控制机器人安全停止。这样即使一路触点粘连，另一路仍能触发停机。对于需要进入罩内调试的场景，可设置“维护模式”：此时激光被硬件切断，机器人限制在低速（如 ≤250 mm/s），且必须由授权人员通过钥匙开关或密码激活。维护模式不是取消安全，而是把风险降到可接受水平。
四、机器人安全区域与激光发射的协同控制
机器人安全区域通常由安全激光扫描仪、安全地毯或光幕界定，分为警告区和停止区。EN ISO 10218-2 要求集成商定义机器人工作空间、限制空间和操作空间，并确保人员进入停止区时机器人进入安全状态。与激光协同的关键在于：机器人位置和激光发射必须满足“空间互斥”或“时间互斥”。
空间互斥的典型实现是：把机器人工作空间划分为“激光允许区”和“激光禁止区”。当机器人 TCP 位于激光允许区（例如工件上方、防护罩内）时，安全控制器允许激光使能；一旦 TCP 接近人员可达边界或进入维护区，立即切断激光。时间互斥则用于示教或维护：机器人运动时激光关闭，激光发射时机器人保持静止或按预设轨迹运动。实际参数示例：安全扫描仪警告区设为 2 m、停止区设为 1.2 m；机器人 TCP 速度在警告区降至 250 mm/s，进入停止区后 0.5 s 内停止；激光使能信号与机器人安全停止信号通过安全控制器互锁，响应时间不超过 100 ms。
五、EN ISO 11553 与 EN ISO 10218 的落地要求
EN ISO 11553-1 针对激光加工机械的安全，要求进行风险评估、设置防护罩、联锁、急停、警告标志和培训。EN ISO 10218-1/-2 针对工业机器人，要求定义安全相关控制系统性能等级、限制空间、安全防护和协同操作。两者在集成项目中的交汇点是：激光加工机械的防护罩同时是机器人单元的外围防护；激光使能回路和机器人安全回路必须由同一安全控制器协调，且都满足 PL d 及以上。
落地检查可参考以下要点：防护罩观察窗 OD 值是否按波长和辐照度计算；联锁开关是否为双通道并接入安全控制器；安全控制器是否同时控制激光使能和机器人停止；安全扫描仪区域是否覆盖人员进入路径；维护模式是否硬件断光并限制机器人速度；警告标志是否包含激光波长、等级和禁止直视；操作人员是否接受激光安全和机器人安全培训。把这些要求做成集成检查表，在调试前逐项确认，比事后补救更有效。