用于监控切割过程的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于监控、尤其用于调节工件(2)处的切割过程的方法，所述方法包括：将加工射束、尤其激光射束(5)聚焦到所述工件(2)上；检测所述工件(2)的待监控区域(21)，所述待监控区域包括所述加工射束与所述工件(2)的相互作用区域(22)；基于检测到的相互作用区域(22)求取所述切割过程的至少一个表征性特征参量(L)、尤其是在切割过程中所形成的切缝(24)。根据本发明专利技术，在熔融切割过程中，基于检测到的相互作用区域(22)求取在所述切缝(24)处形成的切割前沿(23)的切割前沿长度(L)作为表征性特征参量。本发明专利技术还涉及一种用于监控、尤其用于调节工件(2)处的切割过程的相关设备。其用于调节工件(2)处的切割过程的相关设备。其用于调节工件(2)处的切割过程的相关设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监控切割过程的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于监控、尤其用于调节工件处的切割过程的方法，该方法包括：将加工射束、尤其激光射束聚焦到工件上；检测工件的待监控区域，该区域包括加工射束与工件的相互作用区域；基于检测到的相互作用区域求取切割过程的至少一个表征性特征参量、尤其在切割过程中形成的切缝。本专利技术还涉及一种用于监控、尤其用于调节工件处的切割过程的设备，该设备包括：用于将加工射束、尤其激光射束聚焦到工件上的聚焦装置；用于检测工件处的待监控区域的图像检测装置，该待监控区域包括加工射束与工件的相互作用区域；分析处理装置，该分析处理装置构造为基于检测到的相互作用区域来求取切割过程的至少一个表征性特征参量、尤其切缝。

技术介绍

[0002]从申请人的WO 2012/107331 A1中已知一种开篇所提及类型的用于监控激光切割过程的设备，该设备可以用于检测激光切割过程(例如即将到来的切割中断)的表征性特征参量。在切割间隙低于预给定的间隙宽度的情况下，识别出即将发生的切割中断。替代地或附加地，将所观察的切割前沿的表面与参考表面进行比较，该参考表面对应于良好切割或质量切割下切割前沿的表面。如果在正常切割的情况下，由参考表面发射的辐射强度超过期望亮度的极限值，则也可以探测到切割中断。
[0003]在WO 2012/107331 A1中还提出，探测切割前沿上边缘和切割前沿下边缘作为工件的材料边界，并在考虑工件厚度的情况下求取激光切割过程的切割前沿角。如果切割前沿角偏离期望值或期望范围，则这可能表明切割误差或非最佳工作点，这可以通过适当的措施(例如通过匹配切割速度)进行校正。
[0004]切割中断的一般原因是引入到工件中的能量不足。太低的单位长度能量导致切割前沿的展平，即导致切割前沿角变大，由此，熔体无法再在切割下边缘处完全排出并因此在切缝中凝固。切割下边缘的闭合导致过程不规范，该过程不规范通常持续性地阻止切割分离。因此，表示切割间隙的表征性特征参量的切割前沿角是用于即将发生的切割中断的指标。
[0005]在通过切割喷嘴的同轴过程观察中，在观察材料边界时，存在以下问题：观察区域被切割喷嘴的通常圆形的内部轮廓所限界。尤其在火焰切割过程中，使用小的喷嘴直径，使得即使在良好切割的情况下，切割前沿下边缘也位于由喷嘴口所限界的观察区域之外，因此无法可靠地确定切割前沿角。
[0006]为了解决该问题，在申请人的WO2015036140A1中提出，根据亮度值或强度值得出关于切割前沿角的推论，该切割前沿角作为切割过程的表征性特征参量，通过在缓慢观察中以相对于激光射束的射束轴线的一角度所记录的相互作用区域的图像来确定该亮度值或强度值。通过将强度值与阈值进行比较，可以推断出已经超过切割前沿角的临界值，在该临界值下不再存在任何良好切割。
[0007]从WO2016181359A1中已经知道，借助相对于激光射束轴线偏移地布置的摄像机来
探测切割前沿的上端和下端，其中，该摄像机的观察方向与切割方向相反地向后定向到切割间隙中，从而可以探测到切割前沿的下端。由摄像机图像确定切割前沿后倾，该切割前沿后倾可以调节为确定的期望值。

技术实现思路

[0008]本专利技术所基于的任务是，提供用于监控、尤其用于调节切割过程的一种方法和一种设备，所述方法和设备使得能够可靠地求取切割过程的表征性特征参量、尤其在切割过程中形成的切缝的表征性特征参量，和/或使得能够有利地调节切割过程。
[0009]根据第一方面，通过开篇所提及类型的方法来解决该任务，该方法的特征在于，在熔融切割过程中，基于检测到的相互作用区域求取在切缝处形成的切割前沿的切割前沿长度作为表征性特征参量。
[0010]专利技术人已经认识到，通过探测来自加工区域或来自加工射束与工件的相互作用区域的光亮出现(Leuchterscheinung)的长度，可以求取作为熔融切割过程的表征性特征参量并且可能作为用于熔融切割过程的调节参量的切割前沿长度。为此目的，通常记录待监控区域或相互作用区域的热图像，即例如在NIR/IR波长范围内的波长检测或观察熔融切割过程的自发光，但是必要时也可以在例如在UV波长范围内的其他波长下进行观察。
[0011]在一种变型方案中，借助与加工射束的射束轴线基本上同轴地延伸的观察射束路径来检测待监控区域。基本上同轴地延伸的观察射束路径应理解为，观察射束路径与射束轴线同轴地或平行地延伸或者观察射束路径相对于加工射束的射束轴线以小于5
°
的(小)角度延伸。已经表明，与进行空间分辨的探测器(例如摄像机)的偏轴布置相比，通过基于摄像机的同轴过程观察、借助观察射束路径(该观察射束路径与加工射束的射束轴线基本上同轴地延伸)来探测光亮出现在系统技术上更容易实现。
[0012]优选地，通过加工喷嘴的喷嘴开口来检测待监控区域，该喷嘴开口用于使加工射束通过到达工件上。通过借助具有穿过加工喷嘴的垂直或准垂直(相对于加工射束或激光射束的射束轴线的角度<5
°
)的视角的成像传感装置对作为加工光的热切割前沿进行成像，可以测量该热切割前沿的长度并且在必要时将切割过程调节至该热切割前沿的(应有)长度(参见下文)。
[0013]在一种扩展方案中，加工喷嘴的喷嘴开口具有至少7mm、优选在7mm与12mm之间的最大延伸，切割气体射流通过该喷嘴开口从加工喷嘴中射出。具有相对较大的喷嘴开口的加工喷嘴对于熔融切割过程的受调节的过程引导是有利的，如下文进一步描述的那样。
[0014]在具有圆形横截面的加工喷嘴的情况下，最大延伸理解为喷嘴开口的直径。在喷嘴的横截面几何形状不同的情况下，最大延伸理解为喷嘴开口的最长的喷嘴轴。例如，在具有椭圆形横截面的喷嘴开口的情况下，最大延伸涉及长喷嘴轴的长度。在喷嘴的朝向工件的一侧测得喷嘴开口的最大延伸。
[0015]在另一变型方案中，以小于10bar、优选地大于1bar且小于10bar、特别优选地至少2bar且小于6bar的切割气体压力执行熔融切割过程。切割气体与加工射束一起从加工喷嘴的喷嘴开口中射出，并在从喷嘴开口中射出时具有所说明的切割气体压力值。用于熔融切割过程的切割气体在大多数情况下涉及惰性气体，例如涉及氮气，但是例如也能够使用具有一定氧气含量的气体混合物。
[0016]如在申请人的DE102016215019A1中所描述的那样，与至今常见的、具有10至25bar的切割气体压力的高压熔融切割过程相比，在相对较低的切割气体压力的情况下结合用于切割气体射流的相对较大的喷嘴开口可以在明显更高的进给速度下实现良好的边缘质量，所述相对较大的喷嘴开口使得能够实现对切缝的良好覆盖。
[0017]在另一变型方案中，在切割中断速度的至少80％、优选至少90％的切割速度下执行熔融切割过程。因此，熔融切割过程的切割速度比切割中断速度低小于20％、优选小于10％。直到切割中断极限为止，切割质量都保持良好，因此可以以接近切割中断极限的进给速度进行切割。相反地，在至今常见的、具有小直径喷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监控、尤其用于调节工件(2)处的切割过程的方法，所述方法包括：将加工射束、尤其激光射束(5)聚焦到所述工件(2)上，检测所述工件(2)的待监控区域(21)，所述待监控区域包括所述加工射束与所述工件(2)的相互作用区域(22)，以及基于检测到的相互作用区域(22)求取所述切割过程的至少一个表征性特征参量(L)、尤其是在切割过程中所形成的切缝(24)，其特征在于，在熔融切割过程中，基于检测到的相互作用区域(22)求取在所述切缝(24)处形成的切割前沿(23)的切割前沿长度(L)作为表征性特征参量。2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，借助观察射束路径(8)来检测所述待监控区域(21)，所述观察射束路径与所述加工射束的射束轴线(11)基本上同轴地延伸。3.根据权利要求1或2所述的方法，在所述方法中，加工喷嘴(6)的用于使切割气体射流(14)穿过的喷嘴开口(6a)具有至少7mm、优选在7mm与12mm之间的最大延伸(D)。4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，在所述方法中，以小于10bar的切割气体压力(p
S
)、优选地以大于1bar且小于10bar的切割气体压力(p
S
)、特别优选地以至少2bar且小于6bar的切割气体压力(p
S
)执行所述熔融切割过程。5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，在所述方法中，在以下切割速度(V)下执行所述熔融切割过程：所述切割速度为切割中断速度(V
S
)的至少80％、优选至少90％。6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，在所述方法中，基于所述相互作用区域(22)的图像(20)将切割前沿长度确定为所述相互作用区域(22)的沿着在切割方向(X)上伸展的型廓截面(25)的两个点(P1，P2)之间的长度(L)。7.根据权利要求6所述的方法，在所述方法中...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：通快机床两合公司，
类型：发明
国别省市：