在切割结束时关断射束的激光切割方法以及激光切割机技术

本发明专利技术涉及一种用于借助于由激光切割头(5)发出的激光射束(3)将自身闭合的切割轮廓(8)激光切割到金属工件(2)中的方法，其中，所述激光切割头(5)相对所述工件(2)的间距(A)被测量，在该方法中，为了探测所述切割轮廓(8)的结束，根据本发明专利技术至少在所述切割轮廓(8)的一结束区段(12)上确定间距测量值(A)的时间梯度(dA/dt)并与一梯度阈值((dA/dt)S)进行比较，并在超出所述梯度阈值((dA/dt)S)时探测到所述切割轮廓(8)的结束并且所述激光射束(3)在它的功率上被减小、尤其是被关断。

Laser cutting method having laser turn off function at end of cutting, laser cutting machine and computer program product

The invention relates to a method for using a laser cutting head (5) a laser beam (3) will be its closed cutting contour (8) laser cutting to metal workpiece (2) in the method, the laser cutting head (5) relative to the workpiece (2) spacing (A) is measured in this method, in order to detect the cutting contour (8) came to an end, according to the invention, at least in the cutting contour (8) an end section (12) to determine the spacing measurements (A) time gradient (dA/dt) and a gradient threshold ((dA/dt)

【技术实现步骤摘要】
具有在切割结束时射束关断功能的激光切割方法以及激光切割机和计算机程序产品
本专利技术涉及一种用于借助于由激光切割头所发出的激光射束将自身闭合的切割轮廓激光切割到金属工件中的方法，其中，测量激光切割头(尤其是激光切割头的切割喷嘴)相对于工件的间距，以及本专利技术涉及一种所属的激光切割机和一种所属的计算机程序产品。
技术介绍
这类激光切割方法和这类激光切割机例如通过DE112012004174T5已知。已知的是，在用于内孔加工的激光切割中借助激光射束行驶出闭合切割轮廓，用以使切割块团(例如废料块、产品件)从工件(片材)分离出。例如当激光射束行驶出整个切割轮廓并又到达开始在该切割轮廓上切割的那个点时，激光可以停止。也就是说，激光切割机的NC轨迹被这样编程，使得NC轨迹的起始点和结束点是一致的。由此，切割轮廓虽然被可靠地切割至结束，但是与轮廓几何形状、切割间隙宽度和切割参数相关地，工件部分会在即将到达NC轨迹的结束点时就已经被切断。因为激光射束在到达NC轨迹的结束点之后才被关断，因此在向下倾翻的工件部分(或局部块团)上可能会出现射束反射，这些射束反射于是会引起形式为残渣飞溅或者轮廓受损的、切割棱边上的不规则性。此外，由此可能会在加工的启动点或结束点时被带入过多的热，从而会出现切割棱边的受损和变色。因此在不锈钢中进行熔融切割的情况下可能会在轮廓结束时出现氧化，在工件部分(或局部块团)倾翻离开并且然后氧气被卷绕到切割棱边上并与该切割棱边发生反应之后会产生上述氧化。因此有利的是：一旦识别出切割块团(内孔)被切断(即不再与片材连接)，即使激光射束还没有再次到达开始切割出切割轮廓的那个点，就关断该激光射束。由DE112012004174T5已知在工件中实施贯通钻孔时这种激光射束关断。在此，切割喷嘴与工件之间的间距被间距传感器测量，并且相对工件的该间距通过该测量值借助于间距调节装置被保持恒定。当切割喷嘴与工件之间的测量到的间距增加并超出预先给定的值时，使激光停止，推测认为可能的原因是，一旦切割块团被切断，则切割块团从轮廓中掉出。然而，如果切割块团没有掉出(例如如果轮廓切割已经在支承接片上实施)并且因此没有超出预先给定的值，则激光不被提早停止，这会导致切割块团(Schneidbutzen)和支承接片(Auflagesteg)相焊接。切割块团于是在一个点上与支承件保持连接并且不会掉落，而是在轮廓切割结束时仅倾翻。卡住/倾翻特别是在片材较厚时经常出现，即使没有发生与工件支承件相焊接。由此不能确保的是，切割喷嘴与工件的间距用的所述预先给定值被超出并由此探测到切割块团的切断用以提早关断激光射束。此外，被部分切割的切割块团的垂挂(例如在具有易损/复杂结构的内孔情况下)可能会导致了间距传感器(尤其在面式测量的电容式传感器的情况下)的错误信息进而切割喷嘴与工件的间距的错误信息，从而没有维持理想的切割间距，而是加载了具有偏移的间距，这是关于切割喷嘴相对工件的、用于激光射束关断的“预先给定的值”方面的附加不准确性。
技术实现思路
与之相对，本专利技术的任务在于如下地改进开头提到类型的激光切割方法，即，在工件部分被切开然而没有掉出的情况下，也不会出现工件(或工件部分)的切割棱边的受损或变色。尤其地，所述切割轮廓的结束应被可靠地探测到并由此应提早关断激光射束。该任务根据本专利技术通过如下方式解决，即，为了探测到切割轮廓的结束，至少在切割轮廓的结束区段上确定出间距测量值的时间梯度并将其与梯度阈值进行比较，并且在超出所述梯度阈值时探测到切割轮廓的结束并使激光射束在其功率方面减少、尤其是关断。根据本专利技术，为了探测到切割结束，至少在即将到达轮廓切割的结束时，监控间距测量值的变化(即间距测量值的时间梯度)。一种情况或在大多情况下，被切开的工件部分(例如切割块团)的倾翻导致了测量到的间距曲线的跳跃，由此，即使间距测量值自身没有超出预先给定的间距值(例如因为偏移)，也识别出该切断的结束。在超出所述梯度阈值时，激光可以不仅是被关断，而且也可以仅在其功率方面被减少(例如西墨尔运行(Simmerbetrieb))，从而激光射束不继续熔融所述片材，然而该激光射束的功率又可以较快地爬升。轮廓结束时的自动的、被调节的射束关断能够与轮廓几何形状和轮廓参数相关地实现该轮廓结束时的切割棱边品质的改善。替代仅在一个结束区段上，间距测量值的时间梯度也可以在整个切割轮廓上被监控。要么附加于要么替换于借助梯度阈值探测所述切割轮廓的结束，为了改善切割轮廓的结束区段上的过程安全性，工件相对激光切割头的间距可以不再被调节，而是受控地被调整成预先确定的额定间距。由此不会发生：由于间距测量值的错误信息(当例如切割块团的长形的、易损的区段在切断点附近在部分切断之后就已经下降时)导致了切割喷嘴的额定间距相对实际间距的偏移。尤其可以将激光切割头相对工件的间距又控制成切割轮廓开始时测量到的原始间距，如果由于部分下降的切割块团部分还没有发生偏移，则由此额定间距大致相应于实际间距。替换地，激光切割头相对工件的间距可以受控地被调整成恒定额定间距，该恒定额定间距基于即将到达结束区段时测量到的间距；尤其地，Z轴线被调整成所述间距的最后被调节到的值。这与切割轮廓开始时控制激光切割头相对工件的间距相比是有利的，一旦这种加工导致出现较大的热延迟并且例如由于待切割几何形状还不会出现部分下降的切割块团部分，那么这是因为：与切割轮廓初始点时激光切割头相对工件测量到的间距相比，于是在结束区段之前的测量到的间距更准确地相应于实际间距。优选地，激光切割头相对工件的间距以无触碰方式(尤其是电容式或光学式)被测量。在电容式间距传感器的情况下，传感器电极(在激光切割下通常是切割喷嘴)与作为对应电极的工件之间(至少在近似于电路板电容器的情况下)的测量到的电容仅与电极的间距、电极(空气/切割用气体)与电路板表面之间的电介质相关。用于控制激光切割头相对工件的间距的上述两种替换解决方案具有这样的优点，即，至工件的实际间距也在没有间距调节的情况下非常准确地已知(正如传感器与工件之间的电介质那样)，从而通过电容式间距传感器的间距测量在偏离已知的实际间距时给出关于传感器电极下方的工件表面的情况说明。这允许了：尤其在借助于超出梯度阈值来识别出所述切断之后，将借助电容式间距传感器所测量到的测量值与传感器电极下方的由于工件部分被切断而减小的工件表面进行比较。由此可以求取到：至少当涉及到小的切断的工件部分时，切断的工件部分是掉落还是例如在残余片材中已倾翻。在另一方面，本专利技术也涉及一种用于激光切割金属工件的激光切割机，所述激光切割机具有：用于产生激光射束的激光射束产生器；激光切割头，其使激光射束指向工件；间距传感器，其测量激光切割头相对工件的间距；以及机器控制器，其被编程来执行根据本专利技术的方法。本专利技术最后也涉及一种计算机程序产品，其具有程序编码，这些程序编码被适配用于，当程序在激光切割机的机器控制器上运行时执行根据本专利技术的方法的所有步骤。附图说明本专利技术的主题的其它优点和有利的设计方案由说明书、权利要求书和附图获悉。同样，前面提到的和还要继续解释的特征可以分别单独使用或多个进行任意组合。所示的并被描述的实施方式不被理解为最终的列举，而是确切地说具有对于描述本专利技术的示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于借助于由激光切割头(5)发出的激光射束(3)将自身闭合的切割轮廓(8)激光切割到金属工件(2)中的方法，在该方法中，测量所述激光切割头(5)至所述工件(2)的间距(A)，其特征在于：‑为了探测出所述切割轮廓(8)的结束，至少在所述切割轮廓(8)的结束区段(12)上确定该间距测量值(A)的时间梯度(dA/dt)并将其与梯度阈值((dA/dt)

【技术特征摘要】
2015.10.30 DE 102015221243.21.一种用于借助于由激光切割头(5)发出的激光射束(3)将自身闭合的切割轮廓(8)激光切割到金属工件(2)中的方法，在该方法中，测量所述激光切割头(5)至所述工件(2)的间距(A)，其特征在于：-为了探测出所述切割轮廓(8)的结束，至少在所述切割轮廓(8)的结束区段(12)上确定该间距测量值(A)的时间梯度(dA/dt)并将其与梯度阈值((dA/dt)S)进行比较，并且-在超出所述梯度阈值((dA/dt)S)的情况下，探测出所述切割轮廓(8)的结束，并且将所述激光射束(3)在其功率方面减小、尤其是关断。2.根据权利要求1前序部分或根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了改善所述切割轮廓(8)的结束区段(12)上的过程安全性，将所述激光切割头(5)至所述工件(2)的间距(A)控制成预先确定的额定间距(ASE)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述结束区段(12)上，将所述激光切割头(5)至所述工件(2)的间距(A)又控制成所述切割轮廓(8)开始时所测得的原始额定间距(ASO)。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述结束区段(12)上，将所述激光切割头(5)至所述工件(2)的间距(A)控制成额定间距(ASE)，该额定间距基于到达所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·黑塞，M·施洛特尔，M·布拉施卡，D·克诺雷克，J·齐格勒，
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