设定焦距的激光切割方法技术

本发明专利技术涉及一种切割方法(78)，用于利用激光切割机(12)对金属的、尤其板状的工件(14)进行激光射束火焰切割，其中激光射束(22)的焦点(70)布置在切割喷嘴(34)的喷嘴口部(38)上方；并且沿激光射束(22)的激光射束轴线(50)以与喷嘴口部(38)的口部直径的预先确定的关系来设定激光切割机(12)的焦点(70)的焦距(68)。设定激光切割机(12)的焦点(70)的焦距(68)。设定激光切割机(12)的焦点(70)的焦距(68)。

【技术实现步骤摘要】
设定焦距的激光切割方法


[0001]本专利技术涉及一种切割方法，用于利用激光切割机对金属的、尤其板状的工件进行激光射束火焰切割。

技术介绍

[0002]在激光射束切割过程、尤其氧气火焰切割的情况下，由于激光射束的所谓的边缘区而导致待切割的工件在规定的切割区域周围不对称地变热，因而影响切割品质。
[0003]在激光射束的焦距位于待切割的工件上方的激光射束切割过程中，边缘区具有重要意义，其中焦距处于切割喷嘴内部。这样的过程参数特别好地适合用于切割具有显著厚度(例如十毫米或更厚)的工件以及在激光功率较大(例如为十千瓦或更大)的情况下对其进行切割，然而会导致激光射束显著扩展并且因此导致边缘区过大。
[0004]因此，在该方法的情况下将喷嘴开口用作光阑以径向界定激光射束，由此通过切割喷嘴来挡住激光射束的边缘区的激光辐射。然而由于切割喷嘴吸收了激光辐射，由此可能导致切割喷嘴处发生材料去除，因而使喷嘴开口扩宽。因此，边缘区的激光辐射可以不受阻碍地透射过喷嘴开口并且导致如上所述地影响切割品质。
[0005]进一步不利的是：在以压力受控的方式供应切割气体的情况下，由于被激光射束扩宽的喷嘴开口而产生在切割间隙处切割气体体积增大的情况。由此，由于熔体从切割间隙处的熔融/氧化程度增大而可能产生对切割品质的影响逐渐增大。
[0006]从现有技术、例如从WO 2020/162 823A2或WO 2002/434 53A1已知的是，在实际加工过程之前借助于等离子体射束或激光射束以适配的方式切割喷嘴开口的内部轮廓，以便改善切割气体经过喷嘴开口的流动并且以与喷嘴开口共轴的方式对激光射束进行定向。
[0007]原则上从DE 10 2008 058 422 A1已知的是，借助于对激光加工过程的相机监测系统来控制激光射束的焦距或加工头距工件的距离。
[0008]从DE 10 2018 129 407 A1已知的是，借助于光学相干断层仪来监测切割喷嘴的口部开口的直径或中心点，以便在用机器更换喷嘴的情况下选择正确的喷嘴并且(偏心地)相对于口部开口对激光射束进行定向。
[0009]从WO 2012/107 331A1已知用于监测和控制激光切割过程的设备，其中可以通过评估从工件表面拍摄的图像来设定激光射束。
[0010]从WO 2013/186 317A1已知的是，在对其表面水平随时间变化的液态、粘性或粉末状材料进行激光加工时，借助明显的内喷嘴直径图像来再调整激光束的焦距，使得焦点始终准确地位于待加工材料的表面上。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的在于，提出一种激光切割方法，在该激光切割方法中，即使在喷嘴开口发生几何变化时也能够确保使切割品质较高。
[0012]该目的根据本专利技术通过具有本专利技术所述特征的、开篇所述类型的切割方法来实
现。
[0013]换言之，该目的根据本专利技术通过一种切割方法来实现，该切割方法用于利用激光切割机对金属的、尤其板状的工件进行激光射束火焰切割，该切割方法的特征在于：激光射束的焦点布置在切割喷嘴的喷嘴口部上方；以及沿激光射束的激光射束轴线以与喷嘴口部的口部直径的预先确定的关系来设定激光切割机的焦点的焦距。
[0014]“焦距(Fokuslage)”(或焦点位置)应被理解为沿激光射束轴线在喷嘴口部与激光射束轴线上的焦点或聚焦点的位置之间的距离。“口部直径”应被理解为在垂直于激光射束轴线扩展出的平面上喷嘴口部的在几何形状方面最窄的截面。通过口部直径来描述喷嘴口部的尺寸。口部直径的位置可以由于喷嘴口部的扩展、尤其锥形扩展而沿激光射束轴线变化。
[0015]在此处以及在下文中将描述焦距相对于口部直径的关系。这在其直接相互作用方面具有特别的优点。为了完整起见，同样可以对焦点的位置进行其他说明。例如，可以借助于口部直径与聚焦透镜之间的距离以及距聚焦透镜的焦点距离或借助于距工件的距离来说明焦点与口部直径之间的距离。
[0016]尤其，在激光射束轴线上将焦点距口部直径的距离设定成使得在考虑到激光射束扩展的情况下激光射束被喷嘴口部部分地界定。换言之，口部直径与焦距之间的关系被选择成使得喷嘴口部用作光阑。
[0017]喷嘴口部可以径向于激光射束的激光射束轴线来界定激光射束。喷嘴口部挡住激光辐射的程度优选地是可以设定的。较低程度的受限激光辐射对于口部直径的稳定性而言是有利的，这是因为该口部直径被激光射束略微扩宽、尤其是没有被激光射束扩宽。较高程度的受限激光辐射对于激光射束的清晰界限而言是有利的，由此进一步提高切割品质。
[0018]口部直径与焦距之间的关系是预先确定的。本专利技术人已经认识到，可以通过选择适合的关系、与具体存在的口部直径无关地获得好的切割品质。尤其，当根据当前存在的口部直径来设定焦距时，可以继续使用在激光切割时被熔融的切割喷嘴。由此，甚至可以实现进一步提高切割品质，因为激光射束以与其激光射束轴线同中心的方式扩大了喷嘴口部。
[0019]优选地，口部直径为至少0.8毫米，特别优选地为至少1毫米。进一步优选地，口部直径为至多3毫米，特别优选地为至多2毫米。由此，边缘区可以特别好地防止透射到工件上。
[0020]焦距优选地为至少六毫米，特别优选地为至少七毫米。进一步优选地，焦距为至多30毫米，特别优选地为至多25毫米。由此可以防止激光射束的射束扩展过度。尤其利用上述口部直径，这可以促使对经过切割喷嘴的辐射吸收降低。
[0021]优选地，焦距与口部直径的比率为至少3，特别优选地为至少5。进一步优选地，焦距与口部直径的比率为至多16，特别优选地为至多12。所给出的比率呈现了焦距与口部直径的特别有利的组合。可以特别可靠地防止切割喷嘴处的材料去除提高并且防止从边缘区透射到工件上。
[0022]优选地，焦距与口部直径的关系是以等式、特征曲线和/或数据表的形式预先确定的。由此，可以特别快速且可靠地根据口部直径来设定焦距。
[0023]在数学等式的情况下，口部直径与焦距之间的关系可以以如下等式给出：焦距(F
L
)等于梯度系数(m)乘以口部直径(D
M
)并减去常数(K)。公式表达式为：F
L
＝m*D
M
‑
K。口部
直径和/或焦距优选地以毫米为单位给出，其中精确度为十分之一毫米、尤其是百分之一毫米。
[0024]梯度系数(m)的值可以为至少9且至多14。特别优选地，梯度系数(m)的值为11。常数(K)可以为至少1毫米且至多10毫米。特别优选地，常数(K)为3毫米。所给出的值对于好的切割品质以及口部直径的好的稳定性而言是特别有利的。
[0025]预先确定的关系可以包括在其之内选择焦距的焦距带宽。尤其，焦距可以与中间值偏离一半的焦距范围至更高的值和/或更低的值。由此可以特别简单地使该方法与预先设定的切割品质相适配。焦距范围可以为至多两毫米，优选地为至多一毫米，特别优选地为至多零点五毫米。
[0026]根据本专利技术，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切割方法(78)，用于利用激光切割机(12)对金属的、尤其板状的工件(14)进行激光射束火焰切割，其特征在于，激光射束(22)的焦点(70)布置在切割喷嘴(34)的喷嘴口部(38)上方；以及沿所述激光射束(22)的激光射束轴线(50)以与所述喷嘴口部(38)的口部直径的预先确定的关系来设定所述激光切割机(12)的焦点(70)的焦距(68)。2.根据权利要求1所述的切割方法(78)，其特征在于，针对所述口部直径的不同值，将所述焦距(68)与所述口部直径之间的相应关系存储在所述激光切割机(12)的机器控制装置(30)中。3.根据权利要求1或2所述的切割方法(78)，其特征在于，测量所述口部直径，并且根据所测得的口部直径来设定所述焦距(68)。4.根据权利要求3所述的切割方法(78)，其特征在于，通过施加测量手段来手动测量所述口部直径。5.根据权利要求3或4所述的切割方法(78)，其特征在于，对所述喷嘴口部(38)的成像(64)、尤其相机图像进行评估，以测量所述口部直径。6.根据权利要求3至5之一所述的切割方法(78)，其特征在于，循...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：通快机床欧洲股份公司，
类型：发明
国别省市：