割前方角度。
[0046]發(fā)明人認識到，為了借助高能射線、尤其借助激光射線調(diào)節(jié)切割過程，有益的是，使用切縫的三維形式、尤其是切割前方角度作為調(diào)節(jié)參量，即，將切割前方斜率或切割前方角度調(diào)節(jié)到預(yù)給定的恒定額定值。為了這個目的，獲知切割前方角度的實際值和/或獲知超過和/或低于所述預(yù)給定切割前方角度，這可通過上述方式進行。切割前方的瞬時形式或者說瞬時切割前方角度因此被用作用于調(diào)節(jié)的實際值。典型地這樣影響被帶入到工件中的伸展能量以作為調(diào)節(jié)參量:使得對于工件的當前材料類型和材料厚度出現(xiàn)恒定的額定幾何形狀或恒定的切割前方斜率。
[0047]已經(jīng)表明，切割前方斜率或切割前方角度直接與切口裂縫邊界相關(guān)并且在切割前方斜率適配于高能射線的對應(yīng)射線焦散面的情況下出現(xiàn)最佳加工點，該最佳加工點可短暫地保持在切口裂縫邊界以下。同種材料的不同批次由于生產(chǎn)原因而具有不同的切割傾向和切口裂縫界限，這些不同批次分別短時地在各個切口裂縫邊界之下具有相同的切割前方斜率或者說相同的切割前方形狀。
[0048]為了調(diào)節(jié)切割前方角度而可被影響的切割過程調(diào)節(jié)參數(shù)典型地可以是影響被帶入到工件中的伸展能量的調(diào)節(jié)參數(shù)。伸展能量相應(yīng)于由高能射線供給的、沿切縫的每單位長度(例如cm)的能量。所述調(diào)節(jié)參數(shù)還可以是高能射線和工件之間的進給速度、高能射線的功率、高能射線的射線焦散面或焦點位置以及在切割過程中所使用的切割氣體的氣體混合和氣體供給(即例如體積流量)。
[0049]在一實施方式中，調(diào)節(jié)機構(gòu)構(gòu)造用于根據(jù)待切割輪廓、尤其根據(jù)待切割輪廓的曲率半徑來選擇用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。已經(jīng)表明，用于將所述切割前方角度調(diào)節(jié)到恒定額定值的調(diào)節(jié)參數(shù)的選擇與待切割輪廓的幾何形狀、尤其其曲率半徑相關(guān)，因為在曲率半徑相應(yīng)小或在切割相對較小輪廓的情況下，進給速度受到參與運動的軸的動態(tài)性能的限制。在這種情況下有利的是，為了調(diào)節(jié)切割過程，不使用進給速度而是使用其它調(diào)節(jié)參數(shù)，例如高能射線的功率。但當高能射線的功率達到其最大值時(典型地在切割較長的直線輪廓(具有無限大曲率半徑)時是這種情況)，可使用進給速度作為調(diào)節(jié)參量。
[0050]在一實施方式中，調(diào)節(jié)機構(gòu)構(gòu)造用于，當進給速度由于工件的材料和厚度而不是由于在工件上待切割的輪廓的幾何形狀而被限制在最大值時，影響高能射線和工件之間的進給速度，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。該最大進給速度典型地在切割(長的)直線輪廓時被達到，即在切縫沿直線延伸的情況下達到。最大進給速度在這種情況下不是由參與運動的軸的動態(tài)性能限制，而是由被切割的工件材料的類型和厚度限制，因為在超過該最大進給速度時或早或晚會出現(xiàn)切口裂縫。通過使用進給速度作為調(diào)節(jié)參量，可以這樣適配進給速度:使得達到所希望的恒定切割前方角度并且阻止切口裂縫。
[0051]在一擴展構(gòu)造中，調(diào)節(jié)機構(gòu)構(gòu)造用于在影響進給速度期間使高能射線的功率保持在恒定的、尤其最大的值。如果在切割這樣的輪廓時:在該輪廓情況下參與運動的軸的動態(tài)性能不限制進給速度的上限，高能射線、例如激光射線的功率保持在恒定值，則可提高切割過程的生產(chǎn)能力。該恒定值尤其是對于對應(yīng)裝置(例如激光切割機)以及對于對應(yīng)的工件材料的類型和厚度而言的最大值，該最大值對于多種材料而言與產(chǎn)生所述高能射線的射線源、例如激光源的最大可能功率一致。通過這種方式可使被帶入工件中的延伸能量最大化。
[0052]在另一實施方式中，調(diào)節(jié)機構(gòu)構(gòu)造用于，當高能射線和工件之間的進給速度由于工件上的待切割輪廓的幾何形狀而被限制在最大值時，影響高能射線的功率，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。與上面描述的實施方式不同，在這種情況下，最大進給速度受到參與高能射線和工件之間的運動的軸的動態(tài)性能的限制，這些軸必須能夠以希望的精度跟隨待切割的輪廓。在這種情況下有益的是，不使用進給速度而是使用高能射線的功率作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參量，因為通過這種方式可提高切割過程的過程能力。
[0053]調(diào)節(jié)機構(gòu)優(yōu)選構(gòu)造用于在影響高能射線功率期間使進給速度保持在用于切割所述輪廓的最大可能值，以便以該最大可能速度實施切割過程。進給速度的最大可能值可沿著待切割的輪廓變化。
[0054]在一擴展構(gòu)造中，調(diào)節(jié)機構(gòu)構(gòu)造用于調(diào)制高能射線的功率并且影響對高能射線的功率的所述調(diào)制，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。高能射線典型地在所謂“連續(xù)波”或連續(xù)振蕩運行中使用，在所述“連續(xù)波”或連續(xù)振蕩運行中持續(xù)地產(chǎn)生功率并且所述功率的振幅被減小或增大。尤其在切割很小的輪廓(具有很小的曲率半徑)時，可通過調(diào)制所述功率，即高能射線不是持續(xù)地接通，來優(yōu)化切割質(zhì)量和過程能力。例如在這種情況下可以脈沖地產(chǎn)生所述功率并且所述功率調(diào)制可被用作用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參量。
[0055]在另一實施方式中，分析機構(gòu)構(gòu)造用于獲知超過切縫的所述預(yù)給定切割前方角度并且調(diào)節(jié)機構(gòu)具有不連續(xù)調(diào)節(jié)器，尤其是兩點調(diào)節(jié)器或三點調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)切割前方角度。如上面所述，分析機構(gòu)可構(gòu)造用于不是絕對測量切割前方角度的量，而是僅探測超過或者必要時低于所述預(yù)給定切割前方角度。
[0056]在這種情況下對于調(diào)節(jié)有利的是例如呈兩點調(diào)節(jié)器或三點調(diào)節(jié)器形式的不連續(xù)調(diào)節(jié)器。在兩點測量或者說在兩點調(diào)節(jié)器的情況下，所述調(diào)節(jié)尤其也可通過切割前方圍繞切割前方角度額定值擺動的方式來實現(xiàn)。因為切割過程動態(tài)地進行，因而切割前方角度從來不絕對恒定。但圍繞預(yù)給定的恒定切割前方角度的擺動卻可通過上面所述方式測量。在必要情況下在調(diào)節(jié)切割前方角度時也可考慮擺動頻率。其存在對于良好調(diào)整的延伸能量或良好切口而言可形成判據(jù)的“波”也經(jīng)過切割前方。
[0057]在另一實施方式中，分析機構(gòu)構(gòu)造用于獲知切縫的切割前方角度，并且調(diào)節(jié)機構(gòu)具有連續(xù)的(例如線性的)調(diào)節(jié)器，尤其是PID調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)切割前方角度。如上所述，也可獲知切割前方角度的絕對值。在這種情況下有利的是，使用連續(xù)調(diào)節(jié)器、例如PID調(diào)節(jié)器來調(diào)節(jié)。采用更復(fù)雜的調(diào)節(jié)方案也是可能的。
[0058]本發(fā)明的另一方面還涉及一種開頭所提到的用于監(jiān)視、尤其用于調(diào)節(jié)工件上的切割過程的方法。該方法的特征在于，形成用于觀察射線從相對于高能射線的射線軸線成角度地延伸的觀察方向觀察所述相互作用區(qū)域，以及從相對于高能射線的射線軸線以所述角度延伸的觀察方向產(chǎn)生所述相互作用區(qū)域的圖像。該方法使得能夠?qū)崿F(xiàn)上面與裝置相關(guān)地描述的優(yōu)點。當然，上面與裝置相關(guān)地描述的實施方式也可作為方法的相應(yīng)變型來實現(xiàn)。
[0059]本發(fā)明的另一方面涉及一種開頭提到類型的方法，該方法尤其可具有上面描述的方法步驟。該方法的特征在于:獲知切縫的切割前方角度和/或超過和/或低于切縫的預(yù)給定切割前方角度，以作為切割過程的標志性特征參量，以及通過影響切割過程的至少一個調(diào)節(jié)參數(shù)將所述切割前方角度調(diào)節(jié)到預(yù)給定的恒定值。
[0060]在一變型中，根據(jù)在工件上待切割的輪廓、尤其根據(jù)在工件上待切割的輪廓的曲率半徑來選擇用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。如上所述，為了優(yōu)化過程能力或生產(chǎn)能力，有利的是，根據(jù)待切割輪廓來選擇恰當?shù)恼{(diào)節(jié)參數(shù)。
[0061]在一變型中，當進給速度由于工件的材料和厚度而被限制在最大值時，影響高能射線和工件之間的進給速度，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。在這種情況下有益的是，在影響進給速度期間，高能射線的功率保持在恒定的、尤其最大的值，該最大值尤其是可與產(chǎn)生所述高能射線的射線源的最大可產(chǎn)生的功率一致。
[0062]在另一變型中，當高能射線和工件之間的進給速度由于在工件上待切割的輪廓的幾何特征而被限制在最大值時，影響高能射線的功率，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。在這種情況下有益的是，在影響高能射線的功率期間所述進給速度被保持在恒定值。
[0063]在一擴展構(gòu)造中，尤其在切割具有極小曲率半徑的輪廓時，調(diào)制高能射線的功率并且影響對高能射線的功率的所述調(diào)制，以作為用于調(diào)節(jié)切割前方角度的調(diào)節(jié)參數(shù)。
[0064]在另一變型中，切割前方角度被調(diào)節(jié)達到的所述預(yù)給定恒定值處于2°導(dǎo)6°之間，優(yōu)選處于3°到5°之間。這些用于切割前方角度額定值的值在大多數(shù)待切割材料情況下被證實是有益的，其中，使用處于約3mm到約25mm之間的材料厚度。在此說明的用于調(diào)節(jié)切割過程的方法既可用于火焰切割過程，也可用于熔化切割過程。
[0065]本發(fā)明還涉及一種計算機程序產(chǎn)品，所述計算機程序產(chǎn)品被構(gòu)造用于當所述計算機程序在數(shù)據(jù)處理設(shè)備上運行時執(zhí)行上述方法的所有步驟。所述數(shù)據(jù)處理設(shè)備例如可以是安裝在如上所述裝置中的控制和調(diào)節(jié)機構(gòu)和/或分析機構(gòu)，但也可以是外設(shè)機構(gòu)，所述外設(shè)機構(gòu)典型地是加工機的一部分。
[0066]本發(fā)明的其它優(yōu)點從說明書和附圖中獲知。前面提到的和還要進一步列舉的特征也可以各自單獨地或多個以任意組合地被應(yīng)用。所示出和所說明的實施方式不應(yīng)理解為窮舉，而是具有用于描述本發(fā)明的示例性特性。
【附圖說明】
[0067]附圖示出:
[0068]圖1a用于監(jiān)視和調(diào)節(jié)工件上的激光切割過程的裝置的實施例的示意圖；
[0069]圖1b用于在這樣的裝置中形成觀察射線的光圈沿圖1a的剖切線B-B的視圖；
[0070]圖2a_d激光射線和工件之間的相互作用區(qū)域的來自四個不同的、相互垂直的觀察方向的熱圖像的四個視圖；
[0071]圖3類似于圖1a的視圖，具有用于產(chǎn)生來自不同觀察方向相互作用區(qū)域圖像的網(wǎng)格組件；
[0072]圖3a在工件上切割的圓形輪廓的視圖；
[0073]圖4a_c圖3的網(wǎng)格組件的細節(jié)視圖；
[0074]圖5a，b用于圖1a的裝置的具有用于從不同觀察方向產(chǎn)生所述相互作用區(qū)域的圖像的偏轉(zhuǎn)棱鏡的成像光具的視圖；
[0075]圖6a_d不同進給速度時在激光切割過程中形成的切縫的切割前方角度的視圖，和
[0076]圖7在使用兩點調(diào)節(jié)情況下將切割前方角度調(diào)節(jié)到恒定的額定值的視圖。
【具體實施方式】
[0077]圖1a示出用于借助激光射線2監(jiān)視和調(diào)節(jié)工件3上的激光切割過程的裝置I的范例性構(gòu)造，該裝置構(gòu)造成激光加工頭的形式，該激光加工頭是未詳細示出的激光加工機的部件。激光射線2在所示實施例中由二氧化碳激光器產(chǎn)生。替換地，激光射線2可以例如由固體激光器產(chǎn)生。為了在工件3上進行切割加工，激光射線2借助呈聚焦透鏡4形式的聚焦元件聚焦到工件3上。聚焦透鏡4在所示實施例中是由砸化鋅制成的透鏡，該透鏡將激光射線2穿過激光加工噴嘴5、更準確地說穿過其噴嘴開口 5a聚焦到工件3上，確切地說在所示實施例中聚焦到工件3的上側(cè)面上的焦點位置F上。激光射線2在那里形成與工件3的相互作用區(qū)域18，在該相互作用區(qū)域的后面逆著激光切割過程的進給方向V或者說切割方向產(chǎn)生切縫16。在激光射線2由固態(tài)激光器產(chǎn)生的情況下，可使用例如由石英玻璃制成的聚焦透鏡。
[0078]圖1a中也可看到被構(gòu)造得部分透射的偏轉(zhuǎn)鏡6，該偏轉(zhuǎn)鏡將入射的激光射線2(例如具有約10.6μπι的波長)反射并將與過程監(jiān)視相關(guān)的觀察射線傳輸給另一部分透射的偏轉(zhuǎn)鏡8。偏轉(zhuǎn)鏡6被構(gòu)造為對于呈波長為約800nm至I lOOnm、必要時高于I 10nm的熱福射形式的觀察射線而言可部分透射。另一部分透射的偏轉(zhuǎn)鏡8將觀察射線反射給圖像感測機構(gòu)9。照明源10用于以照明射線11同軸線地照明工件3。照明射線11被所述另一部分傳輸?shù)钠D(zhuǎn)鏡8以及由偏轉(zhuǎn)鏡6傳輸并穿過激光加工噴嘴5的噴嘴開口 5a轉(zhuǎn)向到工件3上。
[0079]替換部分透射的偏轉(zhuǎn)鏡6，8，也可使用僅從邊緣區(qū)域反射入射射線的刮板鏡或孔鏡，用于將觀察射線7導(dǎo)送給圖像感測機構(gòu)9或者用于將照明射線11導(dǎo)送給工件3。也可以使用至少一個在側(cè)面裝入到激光射線2的光路中的鏡子，用于能夠?qū)崿F(xiàn)觀察。
[0080]可以設(shè)置二極管激光或LED或閃光燈作為照明源10，它們?nèi)鐖D1a所示可以與激光射線軸線13同軸線地布置，但也可以不同軸地布置。照明源10例如也可布置在裝置I之外(尤其旁邊)并且對準工件3;替換地，照明源10可布置在裝置