專利名稱：用于以可變的切割速度以激光束切割工件的激光切割設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于以可變的切割速度沿著切割線以激光束切割工件的激光切割設(shè)備。
背景技術(shù)：
以激光切割工件時(shí)通常將激光聚焦到工件表面上，并且在此以如下方式局部地加熱工件，即，熔化激光束焦點(diǎn)附近的工件，直至形成貫穿的洞。如果聚焦的激光束額外地相對(duì)于工件運(yùn)動(dòng)，則可相應(yīng)地沿著激光束運(yùn)動(dòng)時(shí)在工件上抹過(guò)的整個(gè)軌跡切開(切割)工件。 在此，基本上平行于激光束傳播方向并且沿著激光束在切割時(shí)抹過(guò)的軌跡或多或少地形成光滑的切割面。以下，應(yīng)將在切割時(shí)以激光束去除的工件區(qū)域稱作“切割軌跡”。眾所周知，過(guò)程氣體會(huì)對(duì)各個(gè)切割過(guò)程產(chǎn)生影響。出于此目的，通常從指向到激光束的焦點(diǎn)范圍上的噴嘴中，以壓力將一種或多種過(guò)程氣體噴流到通過(guò)激光束的作用而熔化的材料上。這可對(duì)切割的效果和所產(chǎn)生的切割面的各自的質(zhì)量具有影響(例如，考慮到其商業(yè)的激光切割設(shè)備，通常應(yīng)靈活地以如下方式設(shè)計(jì)，即，該激光切割設(shè)備能依賴于用戶各自的需求完成各式各樣的任務(wù)；該激光切割設(shè)備可以例如切割不同厚度并且由不同材料構(gòu)成的工件，并且該激光切割設(shè)備應(yīng)該適用于產(chǎn)生帶有任意形狀(例如，直線輪廓、呈圈形的輪廓，帶有一個(gè)或多個(gè)角的輪廓)和不同尺寸(小輪廓，大輪廓)的輪廓，并且該激光切割設(shè)備優(yōu)選地具有高質(zhì)量(切割面應(yīng)該盡可能地平整和均勻)和高切割速度(每單位時(shí)間在激光束運(yùn)動(dòng)方向上的進(jìn)給量應(yīng)該盡可能大)。為能實(shí)現(xiàn)這些任務(wù)，激光切割設(shè)備通常擁有能運(yùn)動(dòng)的工作頭部，用于將激光束置于各個(gè)工件上，該加工頭部包括可調(diào)整的聚焦光學(xué)器件和用于以過(guò)程氣體沖擊各個(gè)工件的裝置。另外，通常存在用于規(guī)定各“切割線”的用戶界面，也就是說(shuō)，用戶能夠通過(guò)該用戶界面定義工件在切割過(guò)程期間應(yīng)理想地獲得的輪廓的幾何形狀。另外，該激光切割設(shè)備通常擁有調(diào)控裝置，用于調(diào)控加工頭部沿著各個(gè)規(guī)定出的切割線相對(duì)于各個(gè)工件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，并且用于調(diào)控切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量。通過(guò)調(diào)控加工頭部的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的是，在切割過(guò)程期間能沿著切割線產(chǎn)生激光束的切割軌跡。激光切割機(jī)通常擁有用于加工頭部的數(shù)字軌跡調(diào)控裝置。為了執(zhí)行軌跡調(diào)控， 通常激光束的“最小軌跡精確度”的數(shù)據(jù)是足夠的，也就是說(shuō)，激光束的切割軌跡與各規(guī)定的切割線之間可允許的最大偏移的數(shù)據(jù)是足夠的。在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，該調(diào)控裝置可以調(diào)控加工頭部每次的位置和每次的進(jìn)給量或速度。特別的挑戰(zhàn)在于調(diào)控切割過(guò)程的過(guò)程量，也就是說(shuō)，調(diào)控所有除調(diào)控加工頭部的運(yùn)動(dòng)(軌跡調(diào)控)之外對(duì)切割過(guò)程的結(jié)果產(chǎn)生影響的參數(shù)。這就表明，并不存在用于任意應(yīng)用方式的(獨(dú)立于待切割輪廓的形狀和大小且獨(dú)立于各個(gè)工件的厚度和材料的)最理想的過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)組。例如可行的是，提供一種過(guò)程參數(shù)的數(shù)據(jù)組(例如，激光功率、聚焦光學(xué)器件的調(diào)設(shè)和供應(yīng)過(guò)程氣體的參數(shù))，在該數(shù)據(jù)組的基礎(chǔ)上能夠以高速度(也就是說(shuō)，以大的每單位時(shí)間進(jìn)給量)切割出長(zhǎng)形的、直線形的或近似于直線形的輪廓，尤其是在薄板帶有小于2mm 的厚度的情況下?！爸本€形的或近似于直線形的輪廓”應(yīng)意味著所屬的切割線不具有換向 (也就是說(shuō)，切割線的相鄰的區(qū)段處在一條直線上)或只有“小的”換向(也就是說(shuō)，切割線的相鄰的區(qū)段雖然不處在一條直線上，但這些區(qū)段的方向彼此之間僅以小于1°的“小的” 角度而彼此偏移)。當(dāng)預(yù)定的切割線要求加工頭部進(jìn)行“大的”換向時(shí)(例如在轉(zhuǎn)過(guò)帶有 90°或更大角的轉(zhuǎn)角的運(yùn)動(dòng)的情況中)，在換向期間，在加工頭部速度過(guò)大時(shí)，加工頭部的軌跡調(diào)控會(huì)導(dǎo)致加工頭部與預(yù)定的切割線之間出現(xiàn)大的偏移。在此情況下所產(chǎn)生的切割邊的輪廓大多數(shù)情況下不滿足精確度的要求。但如果以降低的速度實(shí)行該“大的”換向，該速度基于軌跡調(diào)控在換向的區(qū)域中與切割線之間只引起較小的(必要時(shí)最小的)偏移，但仍保持同樣的過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)組(在該過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù)組的基礎(chǔ)上能以高速度切割長(zhǎng)形的、直線形的或近似于直線形的輪廓的過(guò)程參數(shù)數(shù)據(jù))的話，通常在換向的區(qū)域中會(huì)得到有缺陷的帶有無(wú)法接受的粗糙度的有缺陷的切割邊。JP 07 195186公開了一種激光切割設(shè)備，在該激光切割設(shè)備中，當(dāng)速度在轉(zhuǎn)角點(diǎn) P5的方向上減小時(shí)，如激光功率、頻率、運(yùn)行模式、過(guò)程氣體種類、氣體壓力等的機(jī)器配置保持恒定。在轉(zhuǎn)角加工期間，當(dāng)在轉(zhuǎn)角點(diǎn)P5上在預(yù)定的停留時(shí)間T3中速度為零時(shí)，將對(duì)調(diào)設(shè)進(jìn)行改變。如果速度再次提高，則再次復(fù)位到速度降低之前所處的調(diào)設(shè)中。US 5，688，418公開了一種帶有兩組不同的切割調(diào)設(shè)的激光切割方法。第一組切割調(diào)設(shè)使用于切割工件直至幾乎到達(dá)切割件的終點(diǎn)。第二組切割調(diào)設(shè)使用于在切割的終點(diǎn)和在接近切割終點(diǎn)的點(diǎn)之間沿著孔的周邊切割工件。激光器的聚焦光學(xué)器件在兩個(gè)調(diào)設(shè)中保持相同。這兩個(gè)組的其它調(diào)設(shè)同樣保持不變。EP 0 506 968A1公開一種用于沿著具有轉(zhuǎn)角(換向)的線切割工件的方法。根據(jù)該方法，加工頭部的速度在運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)角的方向上期間降低，其中，激光束的為切割提供的功率同時(shí)降低。相應(yīng)地，加工頭部的速度在離開轉(zhuǎn)角期間再次提高，其中，激光束的為切割提供的功率同時(shí)提高。通過(guò)同步降低加工頭部的速度和激光束的功率而在加工轉(zhuǎn)角期間減小工件的熱負(fù)荷。由此，雖然改進(jìn)了在轉(zhuǎn)角區(qū)域中的切割面的質(zhì)量，但是質(zhì)量的改進(jìn)仍然是受限的，尤其是在轉(zhuǎn)角區(qū)域中切割面仍然會(huì)出現(xiàn)明顯的不規(guī)律性。除激光束的為切割提供的功率以外，切割過(guò)程的其它參數(shù)在該方法中并沒(méi)有用于優(yōu)化。在傳統(tǒng)的激光切割設(shè)備中，對(duì)于用戶而言，該設(shè)備在大多數(shù)情況下都存在以下可能性，即，在對(duì)在切割過(guò)程中確定各個(gè)待加工的切割線的應(yīng)用進(jìn)行程序化時(shí)，額外地進(jìn)行特定的對(duì)關(guān)于切割過(guò)程的各個(gè)過(guò)程量的確定，并且根據(jù)該方式通過(guò)用戶界面與各切割線相關(guān)地優(yōu)化各個(gè)切割過(guò)程。例如可行的是，在各個(gè)應(yīng)用方式的程序化中將切割線的加工分為特定的區(qū)段，并且對(duì)于不同的區(qū)段確定出不同的過(guò)程參數(shù)。為了優(yōu)化具有換向的切割線的切割過(guò)程，用戶可以例如在換向附近規(guī)定出一個(gè)或多個(gè)區(qū)段(例如通過(guò)各個(gè)區(qū)段的起點(diǎn)和終點(diǎn)的數(shù)據(jù)或通過(guò)加工頭部經(jīng)過(guò)規(guī)定區(qū)段所需的持續(xù)時(shí)間的數(shù)據(jù))，并且對(duì)于這些區(qū)段中的每個(gè)區(qū)段而言，可以操縱加工頭部的速度變化或切割過(guò)程的特定過(guò)程量的變化，例如，過(guò)程氣體的壓力的變化或激光束的功率的變化。在此情況下，可以使切割過(guò)程的各個(gè)過(guò)程量變化并不與加工頭部的即時(shí)速度相關(guān)聯(lián)，因?yàn)榧庸ゎ^部的速度變化與切割過(guò)程的過(guò)程量變化的相互獨(dú)立地調(diào)控。這種用戶通過(guò)用戶界面施加影響的方式與一系列缺點(diǎn)相關(guān)。一方面， 用戶必須具備必需的在各個(gè)切割過(guò)程方面的技術(shù)知識(shí)，以便能完全優(yōu)化過(guò)程流程。另外，這種用于各個(gè)切割線的優(yōu)化必須單獨(dú)地通過(guò)用戶界面進(jìn)行程序化，也就是說(shuō)，對(duì)于各個(gè)換向而言，即使切割線在不同的切割線區(qū)段中具有多個(gè)相同的換向(例如，多個(gè)帶有相同角度的轉(zhuǎn)角)，也要單個(gè)地進(jìn)行程序化。因此，即便用戶擁有在切割過(guò)程方面的必要知識(shí)，這種優(yōu)化的方式仍然是耗費(fèi)極大的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于，避免上述缺點(diǎn)并且實(shí)現(xiàn)一種激光切割設(shè)備，對(duì)于用戶而言，該激光切割設(shè)備能夠以相對(duì)較少的耗費(fèi)實(shí)現(xiàn)，尤其是在應(yīng)以可變的切割速度切割工件的情況下，例如在沿著帶有大的換向或帶有多個(gè)換向的切割線進(jìn)行切割時(shí)，在相對(duì)較高的平均切割速度中獲得盡可能均勻的切割面。該任務(wù)可以通過(guò)帶有權(quán)利要求1的特征的激光切割設(shè)備來(lái)解決。按照本發(fā)明的激光切割設(shè)備設(shè)計(jì)為用于以激光束沿著切割線以可變的切割速度切割工件，并且包括用于將激光束置于各個(gè)工件上的可運(yùn)動(dòng)的加工頭部、用于規(guī)定各個(gè)切割線并且規(guī)定激光束的最小軌跡精確度的用戶界面，以及用于調(diào)控加工頭部沿著切割線相對(duì)于各個(gè)工件的運(yùn)動(dòng)并且調(diào)控切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量的調(diào)控裝置，其中，在切割過(guò)程期間加工頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)，可沿著切割線產(chǎn)生激光束的切割軌跡。在這種情況下，將各個(gè)切割過(guò)程的過(guò)程量區(qū)分為兩個(gè)不同的組。過(guò)程量的第一子集僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)激光束的為切割提供的功率具有影響的過(guò)程量。過(guò)程量的第二子集僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)激光束的為切割提供的功率不具有影響的過(guò)程量。在這種情況下，那些由調(diào)控裝置控制的、涉及對(duì)加工頭部相對(duì)于工件的各個(gè)軌跡的調(diào)控的量不被視作為切割過(guò)程的過(guò)程量。在切割過(guò)程期間，可以如下方式由調(diào)控裝置調(diào)控加工頭部的各種運(yùn)動(dòng)，S卩，使激光束的切割軌跡在最小軌跡精確度內(nèi)遵循切割線，其中，可通過(guò)提高或降低加工頭部相對(duì)于工件的速度來(lái)改變加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。加工頭部的速度的各種變化是維持預(yù)定公差的基本條件，該公差涉及的是激光束的切割軌跡與各通過(guò)用戶界面所規(guī)定的切割線之間的偏移。此外，調(diào)控裝置包括記錄機(jī)構(gòu)，用于記錄所述加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化和/或記錄所述加工頭部的速度的至少一個(gè)值和/或記錄所述加工頭部的速度變化的值。因此， 該調(diào)控裝置擁有關(guān)于加工頭部相對(duì)于工件的至少在一些時(shí)間點(diǎn)上的即時(shí)速度的信息，在這些時(shí)間點(diǎn)上相應(yīng)的速度值由各個(gè)記錄機(jī)構(gòu)收集。此外，以如下方式設(shè)計(jì)調(diào)控裝置，S卩，可以在加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)或變化后，借助調(diào)控裝置依賴于用于加工頭部的速度的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)和/或依賴于用于加工頭部的速度變化的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)來(lái)改變第一子集的至少一個(gè)過(guò)程量。因此，激光束的為切割提供的功率的變化與加工頭部相對(duì)于工件的即時(shí)速度相關(guān)聯(lián)。按照本發(fā)明，可以在加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)或變化后，借助調(diào)控裝置依賴于加工頭部的速度地改變第二子集的至少一個(gè)過(guò)程量，其中，可以依賴至少一個(gè)可變的調(diào)控參數(shù)來(lái)調(diào)控各個(gè)過(guò)程量的各個(gè)變化，所述調(diào)控參數(shù)的各個(gè)值可以由調(diào)控裝置根據(jù)調(diào)控裝置中實(shí)行的規(guī)則依賴于加工頭部速度的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)和/或依賴于加工頭部速度變化的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)來(lái)確定。
按照本發(fā)明的激光切割設(shè)備的調(diào)控裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)為了規(guī)定應(yīng)用方式，用戶僅必須通過(guò)用戶界面向激光切割設(shè)備提供用戶數(shù)據(jù)，該用戶數(shù)據(jù)定義出切割線(也就是待切割的部分的輪廓的幾何形狀)和最小軌跡精確度(也就是在激光束切割軌跡與由用戶規(guī)定的切割線之間的偏移方面的允許公差)。激光切割設(shè)備的調(diào)控裝置可以單獨(dú)在用戶數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上調(diào)控工件的加工，并且在加工期間優(yōu)化切割過(guò)程的過(guò)程量。首先可以確保的是，在切割線包括至少一個(gè)換向的情況下，調(diào)控裝置使加工頭部的各個(gè)速度在預(yù)定的速度區(qū)域中變化，以便尤其在各個(gè)換向區(qū)域內(nèi)能維持預(yù)定的、關(guān)于激光束切割軌跡與各個(gè)規(guī)定的切割線的偏移的公差。此外可以確保的是，除了第一子集的過(guò)程量外，調(diào)控裝置也可以在加工頭部的速度變化的情況下出于優(yōu)化目的而自動(dòng)地改變第二子集的至少一個(gè)過(guò)程量。在此，各個(gè)過(guò)程量的各次變化與唯一的參數(shù)加工頭部的即時(shí)速度相關(guān)聯(lián)。可以依賴于至少一個(gè)可變的調(diào)控參數(shù)來(lái)調(diào)控各個(gè)過(guò)程量的各次變化，并且該調(diào)控參數(shù)的各個(gè)值可以由調(diào)控裝置根據(jù)調(diào)控裝置中實(shí)行的規(guī)則依賴于加工頭部的速度的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)和/或依賴于加工頭部速度變化的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)來(lái)確定， 由此可以確保的是，在任意切割線(獨(dú)立于待切割部分的輪廓的各個(gè)形狀和尺寸)中，該調(diào)控裝置可以在切割過(guò)程期間有針對(duì)性地改變各個(gè)過(guò)程量，而用戶不需要通過(guò)用戶界面通知調(diào)控裝置與過(guò)程量的變化相關(guān)的數(shù)據(jù)。利用按照本發(fā)明的激光切割設(shè)備能以可變的切割速度切割工件，并且額外地確保對(duì)第一子集的和第二子集的過(guò)程量的匹配于加工頭部速度的自動(dòng)調(diào)適，由此，尤其能夠沿著帶有大的換向或帶有多個(gè)換向的切割線在較短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行切割，其中，優(yōu)化了沿著切割線的整個(gè)長(zhǎng)度的各個(gè)切割面的質(zhì)量。根據(jù)這種方式，即使在切割線帶有大的換向或帶有多個(gè)換向的情況下，對(duì)于用戶而言，仍能以高效率和相對(duì)較小的耗費(fèi)得到特別均勻的切割面。尤其以下的過(guò)程量屬于過(guò)程量的第一子集激光束的功率、激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間、在彼此跟隨的激光脈沖之間的時(shí)間間隔和/或激光脈沖率。尤其以下的過(guò)程量屬于過(guò)程量的第二子集對(duì)用于聚焦激光束的聚焦光學(xué)器件相對(duì)于工件的位置的規(guī)定、對(duì)激光束的光束直徑的規(guī)定、對(duì)用于產(chǎn)生激光束的激光器運(yùn)行模式的規(guī)定、對(duì)軌跡精確度的規(guī)定、激光束的焦點(diǎn)關(guān)于切割線的空間位移、過(guò)程氣體噴嘴相對(duì)于工件的位置、對(duì)過(guò)程氣體的種類的規(guī)定、過(guò)程氣體的壓力。在按照本發(fā)明的激光切割設(shè)備的一個(gè)實(shí)施方式中，能利用至少一個(gè)配屬于過(guò)程量的執(zhí)行器來(lái)影響各個(gè)過(guò)程量，并且能利用可由調(diào)控裝置產(chǎn)生的、代表了過(guò)程量的設(shè)定值的調(diào)控信號(hào)來(lái)驅(qū)控各個(gè)執(zhí)行器，其中，該設(shè)定值是可變的調(diào)控參數(shù)。則設(shè)各個(gè)過(guò)程量的設(shè)定值依賴于加工頭部的速度。另外，對(duì)于各個(gè)過(guò)程量而言，在調(diào)控裝置中實(shí)施過(guò)程量的設(shè)定值與加工頭部速度的函數(shù)關(guān)系?？梢远喾N方式實(shí)現(xiàn)這種函數(shù)關(guān)系的實(shí)施?？梢岳鐚⒖晒┱{(diào)控裝置訪問(wèn)的存儲(chǔ)器視作為一個(gè)方案，在該存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有如下各個(gè)值，即所述各個(gè)值被設(shè)為各個(gè)用于加工頭部速度的特定值的或用于該速度的特定區(qū)域的設(shè)定值。其它值可通過(guò)對(duì)保存值進(jìn)行插值或外推來(lái)確定。另一個(gè)方案是，例如實(shí)施一個(gè)可由調(diào)控裝置執(zhí)行的數(shù)學(xué)算法，該數(shù)學(xué)算法將被設(shè)為用于各個(gè)速度值或用于各個(gè)速度區(qū)域的設(shè)定值的值分別配屬于加工頭部速度的值或速度區(qū)域?？梢杂烧{(diào)控裝置在激光切割設(shè)備運(yùn)行時(shí)使用該算法，以便為各個(gè)記錄的加工頭部速度值分別確定出相應(yīng)的設(shè)定值。各個(gè)設(shè)定值與加工頭部速度的函數(shù)關(guān)系可以以實(shí)驗(yàn)方式測(cè)得并且然后在調(diào)控裝置中實(shí)施。對(duì)于不同厚度的工件和不同材料而言，各個(gè)設(shè)定值可以分別是不同的。因此，可以在調(diào)控裝置中為不同厚度的工件和不同材料提供不同的設(shè)定值數(shù)據(jù)組。為實(shí)現(xiàn)各個(gè)過(guò)程量相應(yīng)于加工頭部的各個(gè)速度的調(diào)適，可由調(diào)控裝置產(chǎn)生至少一個(gè)用于驅(qū)控配屬于該過(guò)程量的執(zhí)行器的調(diào)控信號(hào)，該調(diào)控信號(hào)代表的是各個(gè)過(guò)程量的如下設(shè)定值，即該設(shè)定值按照所實(shí)施的各個(gè)過(guò)程量的設(shè)定值與加工頭部的速度的函數(shù)關(guān)系來(lái)配屬于各個(gè)被記錄下來(lái)的加工頭部的速度的值中的一個(gè)。調(diào)控裝置借助記錄機(jī)構(gòu)在切割過(guò)程期間分別獲得關(guān)于加工頭部的即時(shí)速度的信息，由此，調(diào)控裝置可以借助在調(diào)控裝置中實(shí)施的過(guò)程量設(shè)定值與速度的函數(shù)關(guān)系而自動(dòng)地并且獨(dú)立自主地(也就是說(shuō)，不需要其它關(guān)于各個(gè)切割線規(guī)定的用戶數(shù)據(jù))確定出過(guò)程量的各個(gè)設(shè)定值，并且相應(yīng)地產(chǎn)生用于驅(qū)控各個(gè)執(zhí)行器的代表了各個(gè)設(shè)定值的調(diào)控信號(hào)。


下面，借助附圖闡釋本發(fā)明的其它細(xì)節(jié)和按照本發(fā)明的裝置的以及按照本發(fā)明的方法的尤其具有示例性的實(shí)施方式。其中圖1示出按照本發(fā)明的用于切割工件的激光切割設(shè)備的示意圖，該激光切割設(shè)備具有激光器、加工頭部、用于規(guī)定切割線的用戶界面、用于控制加工頭部沿著切割線相對(duì)于各個(gè)工件運(yùn)動(dòng)并且用于控制切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量的調(diào)控裝置和可由調(diào)控裝置驅(qū)控的用于影響各個(gè)過(guò)程量的執(zhí)行器；圖2示出切割線的示意圖，該切割線具有以在工件上的轉(zhuǎn)角的形式出現(xiàn)的換向和遵循切割線的激光束切割軌跡以及激光束在不同時(shí)間點(diǎn)上的各個(gè)位置；圖3示出按照?qǐng)D2在沿著切割線進(jìn)行切割時(shí)，按照?qǐng)D1的激光切割設(shè)備的加工頭部的速度的時(shí)間進(jìn)程；圖4示出作為加工頭部速度的函數(shù)的激光束功率的設(shè)定值的示圖(左側(cè))和激光束功率的時(shí)間進(jìn)程的示圖(右側(cè))，該時(shí)間進(jìn)程與按照?qǐng)D3的激光切割設(shè)備的加工頭部的速度的時(shí)間進(jìn)程相符；圖5a)類似圖4所示的示圖，但該示圖示出的是按照?qǐng)D1所示的加工頭部的聚焦光學(xué)器件的位置；b)類似圖4所示的示圖，但該示圖示出的是按照?qǐng)D1所示的加工頭部的過(guò)程氣體噴嘴的位置；c)類似圖4所示的示圖，但該示圖示出的是過(guò)程氣體的壓力；圖6類似圖2，但該示圖具有作為時(shí)間的函數(shù)的激光束的不同位置；圖7示出按照?qǐng)D6在沿著切割線進(jìn)行切割時(shí)，按照?qǐng)D1的激光切割設(shè)備的加工頭部的速度的時(shí)間進(jìn)程；圖8a)示出作為加工頭部速度的函數(shù)的激光束功率的設(shè)定值的另一種方案的示圖(左側(cè))和激光束功率的時(shí)間進(jìn)程的示圖(右側(cè))，該時(shí)間進(jìn)程與按照?qǐng)D7的激光切割設(shè)備的加工頭部的速度的時(shí)間進(jìn)程相應(yīng)；b)類似a)，但該示圖示出的是按照?qǐng)D1的加工頭部的聚焦光學(xué)器件的位置；
c)類似a)，但該示圖示出的是過(guò)程氣體的壓力；圖9示出工件上的呈圈形的切割線的和遵循切割線的激光束切割軌跡的以及激光束在不同時(shí)間點(diǎn)上的各個(gè)位置的示意圖；圖10示出在沿著按照?qǐng)D9的切割線進(jìn)行切割時(shí)，按照?qǐng)D1的激光切割設(shè)備的加工頭部速度的時(shí)間進(jìn)程。
具體實(shí)施例方式圖1示出按照本發(fā)明的用于以激光束5切割工件的激光切割設(shè)備1。該激光切割設(shè)備1包括用于產(chǎn)生激光束5的激光器4、用于將激光束5置于各個(gè)工件上的可運(yùn)動(dòng)的加工頭部10，以及用于沿著切割線相對(duì)于各個(gè)工件控制加工頭部10的運(yùn)動(dòng)并且用于控制切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量的調(diào)控裝置20。此外，激光切割設(shè)備1包括用戶界面45，通過(guò)該用戶界面，激光切割設(shè)備1的用戶可以在需要時(shí)將用戶數(shù)據(jù)BD傳輸給調(diào)控裝置20，該用戶數(shù)據(jù)含有待由激光切割設(shè)備1實(shí)施的切割任務(wù)的定義。在本情況下，用戶界面45是調(diào)控裝置20的組成部分。在本示例中示出了在切割工件3時(shí)沿著切割線Ll的激光切割設(shè)備1。Ll在本情況下是帶有四個(gè)轉(zhuǎn)角點(diǎn)P1、P2、P3、P4的矩形，這些轉(zhuǎn)角點(diǎn)分別標(biāo)記著90°的換向。相應(yīng)地，用于定義相應(yīng)切割任務(wù)的用戶數(shù)據(jù)BD含有這些轉(zhuǎn)角點(diǎn)PI、P2、P3、P4的坐標(biāo)。如所示那樣，此外，該用戶數(shù)據(jù)包括對(duì)在切割時(shí)各個(gè)待保持的最小軌跡精確度Δ B的規(guī)定，也就是說(shuō)，對(duì)在“較小”(最小)換向的情況下激光束5的各個(gè)切割軌跡從切割曲線的各個(gè)允許的最大偏移的規(guī)定。在本示例中，值BO配屬于ΔΒ。在圖1中以Bl標(biāo)記按照本示例產(chǎn)生的、 遵循切割線Ll的激光束5的切割軌跡。如圖1所簡(jiǎn)示，加工頭部10具有可調(diào)整的聚焦光學(xué)器件15，用于將激光束5聚焦到工件3上。此外，在加工頭部10上(在面朝工件3的側(cè)上)布置有用于過(guò)程氣體的噴嘴 16，利用該噴嘴可以將各種過(guò)程氣體在激光束5的傳播方向上引導(dǎo)到工件3上。當(dāng)執(zhí)行切割過(guò)程時(shí)，調(diào)控裝置20必須控制一系列的變量并且出于該目的，可以借助調(diào)控信號(hào)驅(qū)控一系列執(zhí)行器，這些執(zhí)行器(依賴于各個(gè)調(diào)控信號(hào))影響這些變量?？梢岳脤?duì)加工頭部10進(jìn)行定位的執(zhí)行器50. 0來(lái)影響加工頭部10的各個(gè)通過(guò)坐標(biāo)χ、y、ζ確定的位置，該執(zhí)行器包括多個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置，以便能夠通過(guò)在三個(gè)不同的方向χ、 1、ζ上將三個(gè)相互獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行疊加來(lái)改變加工頭部的空間位置。箭頭11分別給出加工頭部10當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)方向，進(jìn)而給出加工頭部10的速度ν的方向。此外，該調(diào)控裝置控制切割過(guò)程的數(shù)量為G的過(guò)程量。過(guò)程量的第一子集Gl只包括對(duì)激光束的為切割所提供的功率具有影響的過(guò)程量，而過(guò)程量的第二子集G2只包括對(duì)激光束的為切割所提供的功率不具有影響的的過(guò)程量。在本示例中，子集Gl包括切割過(guò)程的以下過(guò)程量-激光束5的功率LL；-激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間Tp；-在彼此跟隨的激光脈沖之間的時(shí)間間隔ΔΤ。在本示例中，子集G2包括切割過(guò)程的以下過(guò)程量-用于聚焦激光束5的聚焦光學(xué)器件15相對(duì)于工件3在空間上的位置DF；
-激光束5的光束直徑DO；-對(duì)用于產(chǎn)生激光束5的激光器4的運(yùn)行模式ModL的規(guī)定(選擇性地連續(xù)運(yùn)行或脈沖地運(yùn)行激光器4)；-對(duì)軌跡精確度δB的規(guī)定(切割軌跡從規(guī)定的切割線的偏移)；-激光束的聚焦點(diǎn)關(guān)于切割線在空間上的位移DS，以便使切割軌跡的邊緣與切割線一致(軌跡修正)；-用于過(guò)程氣體的噴嘴16相對(duì)于工件3在空間上的位置DD；-對(duì)過(guò)程氣體種類的規(guī)定AG；-過(guò)程氣體的各個(gè)壓力PG?？梢詮闹锌闯龅氖牵蛹疓2的過(guò)程量的上述列舉不是最終的該列舉當(dāng)然可以由在專業(yè)技術(shù)人員看來(lái)能夠滿足所述子集G2的提到的定義的其它過(guò)程量所補(bǔ)充。可以利用執(zhí)行器50. 10、50. 11和50. 12來(lái)影響子集Gl的過(guò)程量。出于該目的，可以由調(diào)控裝置20以調(diào)控信號(hào)來(lái)驅(qū)控這些執(zhí)行器，這些調(diào)控信號(hào)分別代表的是這些過(guò)程量的設(shè)定值S10、S11或S12。可以利用執(zhí)行器50. 20-50. 27來(lái)影響子集G2的過(guò)程量。出于該目的，可以由調(diào)控裝置20以調(diào)控信號(hào)來(lái)驅(qū)控這些執(zhí)行器，這些調(diào)控信號(hào)分別代表的是這些過(guò)程量的設(shè)定值 S20-S27。下面的表格I給出了關(guān)于各個(gè)變量、執(zhí)行器和分別配屬的設(shè)定值的總覽表格 I
權(quán)利要求
1.用于以激光束(5)沿著切割線(Li、L2)以可變的切割速度(ν)切割工件(3)的激光切割設(shè)備(1)，所述激光切割設(shè)備具有能運(yùn)動(dòng)的加工頭部(10)，用于將所述激光束(5)置于各個(gè)所述工件⑶上，所述激光切割設(shè)備具有用戶界面(45)，用于規(guī)定各個(gè)所述切割線(L1、L2)并且用于規(guī)定所述激光束(5)的最小軌跡精確度(ΔΒ)，所述激光切割設(shè)備具有調(diào)控裝置(20)，用于調(diào)控所述加工頭部(10)沿著所述切割線 (Li、L2)相對(duì)于各個(gè)所述工件的運(yùn)動(dòng)，并且用于調(diào)控切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量(LL、Τρ、Δ Τ、 DF、D0、ModL、δ B、DS、DD、AG、PG)，在所述切割過(guò)程期間在所述運(yùn)動(dòng)中能沿著所述切割線(Li、L2)產(chǎn)生所述激光束的切割軌跡(B1、B2)，其中，所述過(guò)程量的第一子集(Gl)僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)所述激光束的為切割所提供的功率具有影響的過(guò)程量(LL、Τρ、△ Τ)，并且其中，所述過(guò)程量的第二子集(G》僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)所述激光束的為切割所提供的功率不具有影響的過(guò)程量(DF、D0、ModL、SB、DS、 DD、AG、PG)，其中，所述調(diào)控裝置00)a)以如下方式構(gòu)造，即，所述加工頭部(10)在所述切割過(guò)程期間的運(yùn)動(dòng)能由所述調(diào)控裝置00)以如下方式調(diào)控，即，使所述激光束的所述切割軌跡(B1、B2)在所述最小軌跡精確度(ΔΒ)內(nèi)遵循所述切割線(Li、L2)，其中，能通過(guò)提高或降低所述加工頭部(10)相對(duì)于所述工件(3)的速度(ν)來(lái)改變所述加工頭部(10)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，b)包括記錄機(jī)構(gòu)(32)，用于記錄所述加工頭部(10)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化和/或記錄所述加工頭部(10)的速度(ν)的至少一個(gè)值和/或記錄所述加工頭部的速度變化的值，c)能夠在所述加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)或變化后，借助所述調(diào)控裝置00)依賴于所述加工頭部的速度的各個(gè)記錄值(vgl、vg2)中的至少一個(gè)和/或依賴于所述加工頭部 (10)的速度變化(δ vl、δ V2、δ ν3)的各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)來(lái)改變所述第一子集(LL， Τρ, ΔΤ)的至少一個(gè)過(guò)程量，其特征在于，能夠在所述加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化時(shí)或變化后，借助所述調(diào)控裝置00)依賴于所述加工頭部的速度(ν)來(lái)改變所述第二子集(DF、D0、ModL、δ B、DS、DD、AG、PG)的至少一個(gè)過(guò)程量，其中，能夠依賴于至少一個(gè)可變的調(diào)控參數(shù)(S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、 S27)來(lái)調(diào)控各個(gè)所述過(guò)程量的變化，所述調(diào)控參數(shù)的各個(gè)值能夠由所述調(diào)控裝置根據(jù)所述調(diào)控裝置中實(shí)行的規(guī)則依賴于所述加工頭部的速度的所述各個(gè)記錄值(vgl、vg2)中的至少一個(gè)和/或依賴于所述加工頭部(10)的速度變化(δ vl、δ V2、δ ν3)的所述各個(gè)記錄值中的至少一個(gè)來(lái)確定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割設(shè)備(1)，其中，所述過(guò)程量的所述第一子集包括以下過(guò)程量(i)-(iii)中的至少一個(gè)(i)所述激光束的功率(LL)，( )激光脈沖的脈沖持續(xù)時(shí)間(Tp)，(iii)在彼此跟隨的激光脈沖之間的時(shí)間間隔(ΔΤ)和/或激光脈沖率，并且其中，所述過(guò)程量的所述第二子集包括以下過(guò)程量(iv)-(xi)中的至少一個(gè)(iv)對(duì)用于聚焦所述激光束的聚焦光學(xué)器件相對(duì)于所述工件的位置(DF)的規(guī)定，(ν)對(duì)所述激光束的光束直徑(DO)的規(guī)定，(vi)對(duì)用于產(chǎn)生所述激光束的激光器的運(yùn)行模式(ModL)的規(guī)定，(vii)對(duì)軌跡精確度(δB)的規(guī)定，(viii)所述激光束的焦點(diǎn)關(guān)于所述切割線在空間上的位移(DS)，(ix)過(guò)程氣體噴嘴相對(duì)于所述工件的位置(DD)，(x)對(duì)過(guò)程氣體的種類(AG)的規(guī)定，(xi)過(guò)程氣體的壓力(PG)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備(1)，其中，各個(gè)所述過(guò)程量(LL、Tp、AT、DF、DO、ModL、δ B、DS、DD、AG、PG)能夠利用配屬于該過(guò)程量的執(zhí)行器(50. 10,50. 11,50. 12,50. 20,50. 21,50. 22,50. 23,50. 24,50. 25,50. 26,50. 27) 來(lái)影響，并且各個(gè)所述執(zhí)行器能夠利用能由所述調(diào)控裝置產(chǎn)生的、代表所述過(guò)程量的設(shè)定值(S10、Sll、S12、S20、S22、S23、S24、S25、S26、S27)的調(diào)控信號(hào)來(lái)驅(qū)控，其中，所述設(shè)定值是所述可變的調(diào)控參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割設(shè)備，其中，各個(gè)所述過(guò)程量的所述設(shè)定值(S10-S27)依賴于所述加工頭部(10)的速度(v)，并且為所述過(guò)程量在所述調(diào)控裝置中實(shí)行GO)所述過(guò)程量的所述設(shè)定值與所述加工頭部的速度的函數(shù)關(guān)系，并且能由所述調(diào)控裝置O0)產(chǎn)生至少一個(gè)用于驅(qū)控配屬于該過(guò)程量的所述執(zhí)行器的調(diào)控信號(hào)，該調(diào)控信號(hào)代表各個(gè)所述過(guò)程量的如下設(shè)定值，該設(shè)定值按照所實(shí)行的各個(gè)所述過(guò)程量的所述設(shè)定值與所述加工頭部的速度之間的所述函數(shù)關(guān)系來(lái)配屬于所述加工頭部的速度的所述各個(gè)記錄值中的一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光切割設(shè)備，其中，所述加工頭部的速度能夠在預(yù)定的速度區(qū)域(Δν)上改變，并且以如下方式實(shí)行所述過(guò)程量的所述設(shè)定值與所述加工頭部的速度的所述函數(shù)關(guān)系， 即，定義所述預(yù)定的速度區(qū)域的不同的分區(qū)域(S vl、δν2、δ V3)，并且所述過(guò)程量的所述設(shè)定值(LL、DF、DD、PG)在所述分區(qū)域(δ ν1、δ ν2、δ v3)中的至少兩個(gè)中分別設(shè)為不同的值(LLl、LL2 ；DFl、DF 1 ；DDK DD2 ；PGl、PG2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光切割設(shè)備，其中，所述過(guò)程量的所述設(shè)定值在所述分區(qū)域(S vl、δν2、δν3)中的每個(gè)分區(qū)域中分別設(shè)為恒定的值。
7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，所述激光切割設(shè)備具有能供所述調(diào)控裝置訪問(wèn)的存儲(chǔ)器(40)，在所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有為用于所述加工頭部的速度預(yù)定值的設(shè)定值而設(shè)的各個(gè)值。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，所述激光切割設(shè)備包括對(duì)能由所述調(diào)控裝置實(shí)施的算法的實(shí)行，用于為速度的預(yù)定值估算各個(gè)所述設(shè)定值。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，在所述加工頭部運(yùn)動(dòng)時(shí)，在所述加工頭部的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化期間，所述加工頭部(10) 能夠以如下方式制動(dòng)，即，使所述加工頭部的速度達(dá)到或低于特定的分區(qū)域(δν2、δν3) 的上臨界速度(vgl、vg2)，或使所述加工頭部的速度在時(shí)間上相繼地達(dá)到或低于所述預(yù)定的速度區(qū)域的多個(gè)特定分區(qū)域(S ν2、δν3)的各自的上臨界速度(vgl、vg2)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光切割設(shè)備，其中，每次達(dá)到或低于各個(gè)所述分區(qū)域的所述上臨界速度的情況能夠由所述調(diào)控裝置00) 記錄，并且在記錄每次達(dá)到或低于各個(gè)所述分區(qū)域(δ V2、δ ν3)的所述上臨界速度(vgl、vg2)的情況之后，能產(chǎn)生用于驅(qū)控所述執(zhí)行器(50. 10,50. 11,50. 12,50. 20,50. 21,50. 22,50. 23、 50. 24,50. 25,50. 26,50. 27)的調(diào)控信號(hào)，其中，每個(gè)所述調(diào)控信號(hào)代表如下設(shè)定值，該設(shè)定值配屬于由所述調(diào)控裝置記錄的在各個(gè)所述分區(qū)域內(nèi)的速度值中的一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，a)如果所述切割線(Li、L2)包括至少一個(gè)具有換向的區(qū)段，則在加工頭部朝向換向 (P3)運(yùn)動(dòng)時(shí)，和/或b)在切割過(guò)程的最后、到達(dá)所述切割線(B2)的終點(diǎn)之前，能夠?qū)嵤┧鲞\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。
12.按照權(quán)利要求5-9中的任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，在所述加工頭部(10)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化期間，所述加工頭部能夠如下方式加速，即，使所述加工頭部(10)的速度(ν)達(dá)到或超過(guò)特定的分區(qū)域(δ vl、δ ν2)的下臨界速度(vgl、 vg2)，或使所述加工頭部(10)的速度(vgl、vg》在時(shí)間上相繼地達(dá)到或超過(guò)所述預(yù)定的速度區(qū)域的多個(gè)特定分區(qū)域(δν 、δν2)的各自的下臨界速度(vgl、vg2)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光切割設(shè)備，其中，每次達(dá)到或超過(guò)各個(gè)所述分區(qū)域的所述下臨界速度的情況能夠借助所述記錄機(jī)構(gòu) (32)來(lái)記錄，并且在記錄每次達(dá)到或超過(guò)各個(gè)所述分區(qū)域(S vl、δν2)的所述下臨界速度(vgl、vg2) 的情況之后，能夠產(chǎn)生用于驅(qū)控所述執(zhí)行器(50. 10,50. 11,50. 12,50. 20,50.21,50. 22、 50. 23,50. 24,50. 25,50. 26,50. 27)的調(diào)控信號(hào)，其中，每個(gè)所述調(diào)控信號(hào)代表如下設(shè)定值， 該設(shè)定值配屬于由所述調(diào)控裝置00)記錄的在各個(gè)所述分區(qū)域(δ vl、δν2)內(nèi)的速度值中的一個(gè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，a)如果所述切割線(Li)包括至少一個(gè)具有換向(P3)的區(qū)段，則在所述加工頭部離開換向運(yùn)動(dòng)時(shí)，和/或b)在切割過(guò)程的開始、在所述加工頭部(10)以離開所述切割線(L2)的起點(diǎn)(Pl)的取向運(yùn)動(dòng)時(shí)，能夠?qū)嵤┧鲞\(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求9或13中任意一項(xiàng)所述的激光切割設(shè)備，其中，能由調(diào)控裝置00) 預(yù)先測(cè)定時(shí)間跨度(t5-t4)，在所述時(shí)間跨度內(nèi)，所述加工頭部的各個(gè)速度(ν)處在所述分區(qū)域(Svl)內(nèi)，并且僅當(dāng)各個(gè)測(cè)定出的所述時(shí)間跨度相比預(yù)定的值更大時(shí)，才能夠產(chǎn)生所述調(diào)控信號(hào)。
全文摘要
用于以激光束(5)沿著切割線(L1、L2)以可變的切割速度(v)切割工件(3)的激光切割設(shè)備(1)包括能運(yùn)動(dòng)的用于將激光束(5)定位在各個(gè)工件(3)上的加工頭部(10)、用于規(guī)定各個(gè)切割線(L1、L2)并且規(guī)定激光束(5)的最小軌跡精確度(ΔB)的用戶界面(45)和用于調(diào)控加工頭部(10)沿著切割線(L1、L2)相對(duì)于各個(gè)工件的運(yùn)動(dòng)并且調(diào)控切割過(guò)程的多個(gè)過(guò)程量(LL、Tp、ΔT、DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)的調(diào)控裝置(20)，在切割過(guò)程期間在該運(yùn)動(dòng)中可沿著切割線(L1、L2)產(chǎn)生激光束的切割軌跡(B1、B2)。切割過(guò)程的第一子集(G1)僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)所述激光束的為切割所提供的功率具有影響的過(guò)程量(LL，Tp，ΔT)，并且其中，過(guò)程量的第二子集(G2)僅包括一個(gè)或多個(gè)對(duì)所述激光束的為切割所提供的功率不具有影響的過(guò)程量(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)?？梢越柚{(diào)控裝置(20)依賴于至少一個(gè)可變的調(diào)控參數(shù)(S10、S11、S12、S20、S22、S23、S24、S25、S26、S27)來(lái)調(diào)控第二子集(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)的至少一個(gè)過(guò)程量，該調(diào)控參數(shù)的各個(gè)值可以由調(diào)控裝置根據(jù)調(diào)控裝置中實(shí)行的規(guī)則依賴于加工頭部的速度的各個(gè)記錄值(vg1、vg2)中的至少一個(gè)來(lái)確定。
文檔編號(hào)B23K26/14GK102209606SQ200980144705
公開日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2009年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者貝亞特·博伊特勒 申請(qǐng)人:比斯托尼可激光股份有限公司