用于调节激光切割过程的方法和激光切割机技术

本发明专利技术涉及一种用于调节激光切割过程的方法，包括步骤：借助于聚焦的激光射束在在工件上构成切割缝隙的情况下激光切割所述工件，探测在所述激光切割时由所述工件的表面在所述切割缝隙附近反射回的激光射束的激光功率，以及将所探测的激光功率(PL，R，IST)调节到额定值(PL，R，SOLL)，在该额定值情况下，激光功率(PL，R)采用最小的值(PL，R，SOLL，)或者与所述最小的值(PL，R，MIN)具有预先给定的差(ΔPL，R)。本发明专利技术还涉及一种用于执行该方法的激光切割机。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于调节激光切割过程的方法和激光切割机本专利技术涉及一种用于调节激光切割过程的方法以及一种用于激光切割工件、尤其是板材的激光切割机。在激光射束切割过程中，除了其他的切割参数之外，激光射束的聚焦位置对工件的加工质量具有大的影响。迄今为止，通常以离线方式求取激光射束的聚焦位置的位置，尤其是待加工的工件上的射束腰(Strahltaille)的位置。出于这个目的，可以在真正的激光切割任务之前例如在测试工件中切割出线。在此，聚焦位置以离散的步伐变化，从而产生具有不同的切割缝隙宽度的齿。随后，或者以人工方式通过机器操作者或者借助于光学传感器求取最小的切割缝隙宽度。最小切割缝隙宽度在该处形成：在那里，聚焦位置处于工件上侧上面或者在必要时处于工件中心处。从EP1750891B1中已知一种用于聚焦位置调节的方法，其中，以离线方式针对激光射束的不同聚焦位置来确定，激光射束的边缘区域是否与工件产生接触。为此，首先在工件中切割一切割缝隙，其中，在必要时调协聚焦位置。然后，改变聚焦调节并且使射束重新转向到切割缝隙中(在相同的部位上)，其中，也可以调协聚焦位置。为了探测激光射束在此是否与工件产生接触，可以探测由工件或者由等离子体发射的射束或者过程光。从DE102009059245B4已知，在进行激光加工时通过探测在工件上围绕加工点周围反射和/或散射的激光射束以及依据射束来确定聚焦位置，所述射束由至少两个调校光源发射并且在待加工的工件上被反射回。此外，在DE102009059245B4中参考DE10248458B4，该文献公开一种方法，其中，这样移动被布置在加工头中的聚焦光学器件，使得来自激光射束和工件之间的交互作用区域中的射束的份额为最大值。如果激光射束相对工件的聚焦位置对于加工来说优化，则达到该最大值。本专利技术的任务在于，提供一种用于调节激光切割过程的方法和一种激光切割机，其中，可以在激光切割过程期间优化切割质量。根据第一方面，该任务通过一种方法解决，该方法包括以下步骤：借助于聚焦的激光射束在在工件上构成切割缝隙的情况下激光切割工件，探测在所述激光切割时由所述工件的表面在所述切割缝隙的附近反射回的激光射束的功率，以及将所探测的激光功率调节到额定值，在该额定值情况下，激光功率采用最小的值或者与所述最小的值具有预先给定的差。在激光切割过程期间，一定份额的激光射束总是由工件的上侧被反射回到激光射束的光路中，因为激光射束在工件上侧上的几何扩展通常比所产生的切割缝隙宽度大。专利技术者已知，在(尤其是同轴心地)探测由工件上侧在切割缝隙附近、即在激光射束的侧边的区域中反射的激光射束时，刚好当激光射束以最小的切割缝隙宽度切割工件时，测量到激光功率的最小值。激光射束越是以散焦的方式照射工件上侧，则越多的激光射束在激光射束的边缘区域中由工件上侧被反射回到探测器，即所测量到的射束功率越大。所探测的激光功率可以被调节到额定值，在该额定值情况下切割缝隙宽度最小。典型的与之意义相同的是，聚焦位置(在射束传播方向上)处于工件的上侧上。但是，根据使用情况而定，在必要时也可以散焦地切割，以得到优化的切割结果，即，可以有利的是，激光功率的额定值与最小的值不一致，从而激光射束的聚焦位置不处于工件上侧上。例如，在对厚的工件燃烧切割或者熔割时是这种情况。在该方法的一种变型中，在之前的步骤中确定所探测的激光功率和激光射束的聚焦位置所述工件的上侧的间距之间的关系，并且，依据该关系这样确定所述额定值，使得激光射束的聚焦位置相对于工件的所述上侧具有所期望的间距。在该变型中，依据例如可以在测试工件上进行的测试测量来确定所测量的激光功率和激光切割射束的聚焦位置之间的关系(特性曲线)。出于该目的，例如可以改变用于聚焦激光射束的聚焦透镜光学器件和工件之间的间距和/或在必要时存在的聚焦镜的曲率半径，并且感测所探测的射束功率的与所述间距改变对应的改变，以得到期望的特性曲线。在该变型的一种改进中，针对在所述工件上构成切割缝隙时激光射束和工件之间的、不同的进给速度来确定所述关系。通常，在工件上反射回的激光功率的强度与激光切割时的进给速度有关。该进给相关性可以在校准激光切割机时被确定并且在过程调节中被考虑到。出于该目的，例如可以在测试工件上测量多个特性曲线，所述特性曲线在分别不同的进给速度下描绘反射回的激光功率和激光射束的聚焦位置之间的关系。在另一种变型中，在之前的步骤中在构成切割缝隙的情况下进行对工件的激光切割(测试切割)，其中，改变激光射束的聚焦位置相对于工件的上侧的间距以及连续地测量或者说探测反射的激光功率的强度。随后，检查切割缝隙上或者说沿着切割的边沿的毛刺形成，以求取所探测的激光功率的数值范围，切割的边沿或者说切割缝隙在该范围内无毛刺。切割质量或者说毛刺形成可以自动地借助于合适的光学器件和评估或者在必要时人工地通过机器操作者来判断。确定处于数值范围内的一个值作为反射的激光功率的额定值，在所述数值范围情况下，测试切割时的切割缝隙具有无毛刺的切割边沿(更准确地说具有多个无毛刺的切割边沿)。(例如呈作为切割轮廓的线的形式的)测试切割可以在这样的工件上进行，在所述工件上也进行随后的激光切割过程。替代地，测试切割可以在另一工件(测试工件)上进行，所述工件具有与待切割的工件相同的材料特性(以及典型地相同的厚度)。优选，确定反射的激光功率的数值范围的平均值作为额定值，在所述数值范围情况下，切割缝隙具有无毛刺的边沿。典型地，切割质量在激光功率的确定的数值范围(相应于聚焦位置和工件上侧之间的间距的数值范围)内是好的，即，切割(基本上)是无毛刺的。激光功率的额定值(其构成该功率范围的平均值)使得能够过程可靠地调节激光切割过程，其中，可能出现的过调不导致不利的切割结果。在另一种变型中，为了将所探测的激光功率调节到额定值而改变激光切割过程的至少一个参数，所述参数影响激光射束的聚焦位置。例如，可以合适地匹配聚焦光学器件和工件之间的间距或者可以合适地匹配适应的聚焦光学器件的光学特性(例如焦距)。附加地或者替代地，也可以使用并且合适地匹配激光切割过程的另外的过程参数、例如进给速度或者激光源的射束源功率作为操纵变量。在另一种变型中，由工件反射回的激光射束出于探测的目的借助于耦合输出元件从激光射束的光路中耦合输出。在这种也被称为同轴心种类的探测情况下，探测由工件反射回到激光射束的光路中的激光射束功率份额，其方式是，使所述份额从光路中耦合输出。在必要时，部分透射的镜可以用作耦合输出元件，所述镜仅在光路边缘上的区域中透射到达的激光射束的一部分。替代地，也可以这样小地确定转向镜的尺寸，使得反射回的激光射束不被该转向镜转向并且照到被布置在该转向镜之后的探测器面上。在一种特别有利的实施方式中，与激光射束轴线成角度地取向的刮镜(Scraper-Spiegel)用作耦合输出元件。该刮镜为孔镜，其中央的穿孔典型地布置在激光射束的光学轴线的中心。只要穿孔的直径比加工射束的最大直径大(在以相对于射束轴线大约成45°的方式布置的情况下，该直径典型地大于加工射束的最大直径的1.5倍)，则激光射束可以不受阻碍地穿过刮镜中的孔传播。反射回的激光射束照到刮镜的在穿孔之外的反射表面上并且由该反射表面反射到探测器。刮镜相对于激光射束轴线取向所成本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于调节激光切割过程的方法，包括步骤：借助于聚焦的激光射束(6)在在工件(8)上构成切割缝隙(9)的情况下激光切割所述工件(8)，探测在所述激光切割时由所述工件(8)的表面(8a)在所述切割缝隙(9)的附近反射回的激光射束(13a，13b)的功率(PL，R)，以及将所探测的激光射束功率(PL，R，IST)调节到额定值(PL，R，SOLL)，在该额定值情况下，激光功率(PL，R)采用最小的值(PL，R，SOLL＝PL，R，MIN)或者与所述最小的值(PL，R，MIN)具有预先给定的差(ΔPL，R)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.30 DE 102012100721.71.用于调节激光切割过程的方法，包括步骤：借助于聚焦的激光射束(6)在在工件(8)上构成切割缝隙(9)的情况下激光切割所述工件(8)，探测在所述激光切割时由所述工件(8)的表面(8a)在所述切割缝隙(9)的附近反射回的激光辐射(13a，13b)的激光功率(PL,R)，以及将所探测的瞬时激光射束功率(PL,R,IST)调节到额定值(PL,R,SOLL)，在该额定值情况下，激光功率(PL,R)采用与最小的切割缝隙宽度对应的最小的值(PL,R,SOLL＝PL,R,MIN)或者与所述最小的值(PL,R,MIN)具有预先给定的差(ΔPL,R)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在之前的步骤中确定所探测的激光功率(PL,R)和激光射束(6)的聚焦位置(ZL)相对于所述工件(8)的表面(8a)的间距(d)之间的关系，并且，依据该关系这样确定所述额定值(PL,R,SOLL)，使得激光射束(6)的聚焦位置(ZL)相对于工件(8)的所述表面(8a)具有所期望的间距(d)。3.根据权利要求2所述的方法，其中，针对在所述工件(8)上构成切割缝隙(9)时激光射束(6)和工件(8)之间的、不同的进给速度(v)来确定所述关系。4.根据权利要求1所述的方法，其中，在之前的步骤中，在工件(8)上在构成切割缝隙(9)的情况下进行测试切割，其中，改变激光射束(6)的聚焦位置(ZL)相对于工件(8)的表面(8a)的间距(d)，并且其中，确定所述激光功率(PL,R)的一个值作为额定值(PL,R,SOLL)，在所述值的情况下所述切割缝隙(9)具有无毛刺的边沿。5.根据权利要求4所述的方法，其中，确定所述激光功率(PL,R)的数值范围的平均值作为额定值(PL,R,SOLL)，在所述数值范围情况下，在所述测试切割时构成的切割缝隙(9)具有无毛刺的边沿。6.根据前述权利要求之一所述的方法，其中，为了将所探测的瞬时激光功率(PL,R,IST)调节到额定值(PL,R,SOLL)，改变激光切割过程的至少一个参数，所述参数影响激光射束(6)的聚焦位置(ZF)。7.根据权利要求1-5之一所述的方法，其中，为了探测，借助于耦合输出元件(19)使由所述工件(8)反射回的激光辐射(13a，13b)从激光射束(6)的光路(3)中耦合输出。8.根据权利要求7...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·黑塞，D·辛德黑尔姆，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE