CN102209606A - 用于以可变的切割速度以激光束切割工件的激光切割设备 - Google Patents

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Abstract

用于以激光束(5)沿着切割线(L1、L2)以可变的切割速度(v)切割工件(3)的激光切割设备(1)包括能运动的用于将激光束(5)定位在各个工件(3)上的加工头部(10)、用于规定各个切割线(L1、L2)并且规定激光束(5)的最小轨迹精确度(ΔB)的用户界面(45)和用于调控加工头部(10)沿着切割线(L1、L2)相对于各个工件的运动并且调控切割过程的多个过程量(LL、Tp、ΔT、DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)的调控装置(20)，在切割过程期间在该运动中可沿着切割线(L1、L2)产生激光束的切割轨迹(B1、B2)。切割过程的第一子集(G1)仅包括一个或多个对所述激光束的为切割所提供的功率具有影响的过程量(LL，Tp，ΔT)，并且其中，过程量的第二子集(G2)仅包括一个或多个对所述激光束的为切割所提供的功率不具有影响的过程量(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)。可以借助调控装置(20)依赖于至少一个可变的调控参数(S10、S11、S12、S20、S22、S23、S24、S25、S26、S27)来调控第二子集(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)的至少一个过程量，该调控参数的各个值可以由调控装置根据调控装置中实行的规则依赖于加工头部的速度的各个记录值(vg1、vg2)中的至少一个来确定。

Description

用于以可变的切割速度以激光束切割工件的激光切割设备
技术领域
本发明涉及一种用于以可变的切割速度沿着切割线以激光束切割工件的激光切割设备。
背景技术
以激光切割工件时通常将激光聚焦到工件表面上，并且在此以如下方式局部地加热工件，即，熔化激光束焦点附近的工件，直至形成贯穿的洞。如果聚焦的激光束额外地相对于工件运动，则可相应地沿着激光束运动时在工件上抹过的整个轨迹切开(切割)工件。在此，基本上平行于激光束传播方向并且沿着激光束在切割时抹过的轨迹或多或少地形成光滑的切割面。以下，应将在切割时以激光束去除的工件区域称作“切割轨迹”。
众所周知，过程气体会对各个切割过程产生影响。出于此目的，通常从指向到激光束的焦点范围上的喷嘴中，以压力将一种或多种过程气体喷流到通过激光束的作用而熔化的材料上。这可对切割的效果和所产生的切割面的各自的质量具有影响(例如，考虑到其商业的激光切割设备，通常应灵活地以如下方式设计，即，该激光切割设备能依赖于用户各自的需求完成各式各样的任务；该激光切割设备可以例如切割不同厚度并且由不同材料构成的工件，并且该激光切割设备应该适用于产生带有任意形状(例如，直线轮廓、呈圈形的轮廓，带有一个或多个角的轮廓)和不同尺寸(小轮廓，大轮廓)的轮廓，并且该激光切割设备优选地具有高质量(切割面应该尽可能地平整和均匀)和高切割速度(每单位时间在激光束运动方向上的进给量应该尽可能大)。
为能实现这些任务，激光切割设备通常拥有能运动的工作头部，用于将激光束置于各个工件上，该加工头部包括可调整的聚焦光学器件和用于以过程气体冲击各个工件的装置。另外，通常存在用于规定各“切割线”的用户界面，也就是说，用户能够通过该用户界面定义工件在切割过程期间应理想地获得的轮廓的几何形状。另外，该激光切割设备通常拥有调控装置，用于调控加工头部沿着各个规定出的切割线相对于各个工件进行运动，并且用于调控切割过程的多个过程量。
通过调控加工头部的运动实现的是，在切割过程期间能沿着切割线产生激光束的切割轨迹。激光切割机通常拥有用于加工头部的数字轨迹调控装置。为了执行轨迹调控，通常激光束的“最小轨迹精确度”的数据是足够的，也就是说，激光束的切割轨迹与各规定的切割线之间可允许的最大偏移的数据是足够的。在这些数据的基础上，该调控装置可以调控加工头部每次的位置和每次的进给量或速度。
特别的挑战在于调控切割过程的过程量，也就是说，调控所有除调控加工头部的运动(轨迹调控)之外对切割过程的结果产生影响的参数。这就表明，并不存在用于任意应用方式的(独立于待切割轮廓的形状和大小且独立于各个工件的厚度和材料的)最理想的过程参数数据组。
例如可行的是，提供一种过程参数的数据组(例如，激光功率、聚焦光学器件的调设和供应过程气体的参数)，在该数据组的基础上能够以高速度(也就是说，以大的每单位时间进给量)切割出长形的、直线形的或近似于直线形的轮廓，尤其是在薄板带有小于2mm的厚度的情况下。“直线形的或近似于直线形的轮廓”应意味着：所属的切割线不具有换向(也就是说，切割线的相邻的区段处在一条直线上)或只有“小的”换向(也就是说，切割线的相邻的区段虽然不处在一条直线上，但这些区段的方向彼此之间仅以小于1°的“小的”角度而彼此偏移)。当预定的切割线要求加工头部进行“大的”换向时(例如在转过带有90°或更大角的转角的运动的情况中)，在换向期间，在加工头部速度过大时，加工头部的轨迹调控会导致加工头部与预定的切割线之间出现大的偏移。在此情况下所产生的切割边的轮廓大多数情况下不满足精确度的要求。但如果以降低的速度实行该“大的”换向，该速度基于轨迹调控在换向的区域中与切割线之间只引起较小的(必要时最小的)偏移，但仍保持同样的过程参数数据组(在该过程参数数据组的基础上能以高速度切割长形的、直线形的或近似于直线形的轮廓的过程参数数据)的话，通常在换向的区域中会得到有缺陷的带有无法接受的粗糙度的有缺陷的切割边。
JP 07 195186公开了一种激光切割设备，在该激光切割设备中，当速度在转角点P5的方向上减小时，如激光功率、频率、运行模式、过程气体种类、气体压力等的机器配置保持恒定。在转角加工期间，当在转角点P5上在预定的停留时间T3中速度为零时，将对调设进行改变。如果速度再次提高，则再次复位到速度降低之前所处的调设中。
US 5,688,418公开了一种带有两组不同的切割调设的激光切割方法。第一组切割调设使用于切割工件直至几乎到达切割件的终点。第二组切割调设使用于在切割的终点和在接近切割终点的点之间沿着孔的周边切割工件。激光器的聚焦光学器件在两个调设中保持相同。这两个组的其它调设同样保持不变。
EP 0 506 968A1公开一种用于沿着具有转角(换向)的线切割工件的方法。根据该方法，加工头部的速度在运动到转角的方向上期间降低，其中，激光束的为切割提供的功率同时降低。相应地，加工头部的速度在离开转角期间再次提高，其中，激光束的为切割提供的功率同时提高。通过同步降低加工头部的速度和激光束的功率而在加工转角期间减小工件的热负荷。由此，虽然改进了在转角区域中的切割面的质量，但是质量的改进仍然是受限的，尤其是在转角区域中切割面仍然会出现明显的不规律性。除激光束的为切割提供的功率以外，切割过程的其它参数在该方法中并没有用于优化。
在传统的激光切割设备中，对于用户而言，该设备在大多数情况下都存在以下可能性，即，在对在切割过程中确定各个待加工的切割线的应用进行程序化时，额外地进行特定的对关于切割过程的各个过程量的确定，并且根据该方式通过用户界面与各切割线相关地优化各个切割过程。例如可行的是，在各个应用方式的程序化中将切割线的加工分为特定的区段，并且对于不同的区段确定出不同的过程参数。为了优化具有换向的切割线的切割过程，用户可以例如在换向附近规定出一个或多个区段(例如通过各个区段的起点和终点的数据或通过加工头部经过规定区段所需的持续时间的数据)，并且对于这些区段中的每个区段而言，可以操纵加工头部的速度变化或切割过程的特定过程量的变化，例如，过程气体的压力的变化或激光束的功率的变化。在此情况下，可以使切割过程的各个过程量变化并不与加工头部的即时速度相关联，因为加工头部的速度变化与切割过程的过程量变化的相互独立地调控。这种用户通过用户界面施加影响的方式与一系列缺点相关。一方面，用户必须具备必需的在各个切割过程方面的技术知识，以便能完全优化过程流程。另外，这种用于各个切割线的优化必须单独地通过用户界面进行程序化，也就是说，对于各个换向而言，即使切割线在不同的切割线区段中具有多个相同的换向(例如，多个带有相同角度的转角)，也要单个地进行程序化。因此，即便用户拥有在切割过程方面的必要知识，这种优化的方式仍然是耗费极大的。
发明内容
因此，本发明的任务在于，避免上述缺点并且实现一种激光切割设备，对于用户而言，该激光切割设备能够以相对较少的耗费实现，尤其是在应以可变的切割速度切割工件的情况下，例如在沿着带有大的换向或带有多个换向的切割线进行切割时，在相对较高的平均切割速度中获得尽可能均匀的切割面。
该任务可以通过带有权利要求1的特征的激光切割设备来解决。
按照本发明的激光切割设备设计为用于以激光束沿着切割线以可变的切割速度切割工件，并且包括用于将激光束置于各个工件上的可运动的加工头部、用于规定各个切割线并且规定激光束的最小轨迹精确度的用户界面，以及用于调控加工头部沿着切割线相对于各个工件的运动并且调控切割过程的多个过程量的调控装置，其中，在切割过程期间加工头部运动时，可沿着切割线产生激光束的切割轨迹。
在这种情况下，将各个切割过程的过程量区分为两个不同的组。过程量的第一子集仅包括一个或多个对激光束的为切割提供的功率具有影响的过程量。过程量的第二子集仅包括一个或多个对激光束的为切割提供的功率不具有影响的过程量。在这种情况下，那些由调控装置控制的、涉及对加工头部相对于工件的各个轨迹的调控的量不被视作为切割过程的过程量。
在切割过程期间，可以如下方式由调控装置调控加工头部的各种运动，即，使激光束的切割轨迹在最小轨迹精确度内遵循切割线，其中，可通过提高或降低加工头部相对于工件的速度来改变加工头部的运动状态。加工头部的速度的各种变化是维持预定公差的基本条件，该公差涉及的是激光束的切割轨迹与各通过用户界面所规定的切割线之间的偏移。
此外，调控装置包括记录机构，用于记录所述加工头部的运动状态的变化和/或记录所述加工头部的速度的至少一个值和/或记录所述加工头部的速度变化的值。因此，该调控装置拥有关于加工头部相对于工件的至少在一些时间点上的即时速度的信息，在这些时间点上相应的速度值由各个记录机构收集。
此外，以如下方式设计调控装置，即，可以在加工头部的运动状态变化时或变化后，借助调控装置依赖于用于加工头部的速度的各个记录值中的至少一个和/或依赖于用于加工头部的速度变化的各个记录值中的至少一个来改变第一子集的至少一个过程量。因此，激光束的为切割提供的功率的变化与加工头部相对于工件的即时速度相关联。
按照本发明，可以在加工头部的运动状态变化时或变化后，借助调控装置依赖于加工头部的速度地改变第二子集的至少一个过程量，其中，可以依赖至少一个可变的调控参数来调控各个过程量的各个变化，所述调控参数的各个值可以由调控装置根据调控装置中实行的规则依赖于加工头部速度的各个记录值中的至少一个和/或依赖于加工头部速度变化的各个记录值中的至少一个来确定。
按照本发明的激光切割设备的调控装置具有以下优点：为了规定应用方式，用户仅必须通过用户界面向激光切割设备提供用户数据，该用户数据定义出切割线(也就是待切割的部分的轮廓的几何形状)和最小轨迹精确度(也就是在激光束切割轨迹与由用户规定的切割线之间的偏移方面的允许公差)。激光切割设备的调控装置可以单独在用户数据的基础上调控工件的加工，并且在加工期间优化切割过程的过程量。
首先可以确保的是，在切割线包括至少一个换向的情况下，调控装置使加工头部的各个速度在预定的速度区域中变化，以便尤其在各个换向区域内能维持预定的、关于激光束切割轨迹与各个规定的切割线的偏移的公差。
此外可以确保的是，除了第一子集的过程量外，调控装置也可以在加工头部的速度变化的情况下出于优化目的而自动地改变第二子集的至少一个过程量。在此，各个过程量的各次变化与唯一的参数：加工头部的即时速度相关联。
可以依赖于至少一个可变的调控参数来调控各个过程量的各次变化，并且该调控参数的各个值可以由调控装置根据调控装置中实行的规则依赖于加工头部的速度的各个记录值中的至少一个和/或依赖于加工头部速度变化的各个记录值中的至少一个来确定，由此可以确保的是，在任意切割线(独立于待切割部分的轮廓的各个形状和尺寸)中，该调控装置可以在切割过程期间有针对性地改变各个过程量，而用户不需要通过用户界面通知调控装置与过程量的变化相关的数据。
利用按照本发明的激光切割设备能以可变的切割速度切割工件，并且额外地确保对第一子集的和第二子集的过程量的匹配于加工头部速度的自动调适，由此，尤其能够沿着带有大的换向或带有多个换向的切割线在较短时间内执行切割，其中，优化了沿着切割线的整个长度的各个切割面的质量。根据这种方式，即使在切割线带有大的换向或带有多个换向的情况下，对于用户而言，仍能以高效率和相对较小的耗费得到特别均匀的切割面。
尤其以下的过程量属于过程量的第一子集：激光束的功率、激光脉冲的脉冲持续时间、在彼此跟随的激光脉冲之间的时间间隔和/或激光脉冲率。
尤其以下的过程量属于过程量的第二子集：对用于聚焦激光束的聚焦光学器件相对于工件的位置的规定、对激光束的光束直径的规定、对用于产生激光束的激光器运行模式的规定、对轨迹精确度的规定、激光束的焦点关于切割线的空间位移、过程气体喷嘴相对于工件的位置、对过程气体的种类的规定、过程气体的压力。
在按照本发明的激光切割设备的一个实施方式中，能利用至少一个配属于过程量的执行器来影响各个过程量，并且能利用可由调控装置产生的、代表了过程量的设定值的调控信号来驱控各个执行器，其中，该设定值是可变的调控参数。则设各个过程量的设定值依赖于加工头部的速度。
另外，对于各个过程量而言，在调控装置中实施过程量的设定值与加工头部速度的函数关系。可以多种方式实现这种函数关系的实施。可以例如将可供调控装置访问的存储器视作为一个方案，在该存储器中存储有如下各个值，即所述各个值被设为各个用于加工头部速度的特定值的或用于该速度的特定区域的设定值。其它值可通过对保存值进行插值或外推来确定。另一个方案是，例如实施一个可由调控装置执行的数学算法，该数学算法将被设为用于各个速度值或用于各个速度区域的设定值的值分别配属于加工头部速度的值或速度区域。可以由调控装置在激光切割设备运行时使用该算法，以便为各个记录的加工头部速度值分别确定出相应的设定值。
各个设定值与加工头部速度的函数关系可以以实验方式测得并且然后在调控装置中实施。对于不同厚度的工件和不同材料而言，各个设定值可以分别是不同的。因此，可以在调控装置中为不同厚度的工件和不同材料提供不同的设定值数据组。
为实现各个过程量相应于加工头部的各个速度的调适，可由调控装置产生至少一个用于驱控配属于该过程量的执行器的调控信号，该调控信号代表的是各个过程量的如下设定值，即该设定值按照所实施的各个过程量的设定值与加工头部的速度的函数关系来配属于各个被记录下来的加工头部的速度的值中的一个。调控装置借助记录机构在切割过程期间分别获得关于加工头部的即时速度的信息，由此，调控装置可以借助在调控装置中实施的过程量设定值与速度的函数关系而自动地并且独立自主地(也就是说，不需要其它关于各个切割线规定的用户数据)确定出过程量的各个设定值，并且相应地产生用于驱控各个执行器的代表了各个设定值的调控信号。
附图说明
下面，借助附图阐释本发明的其它细节和按照本发明的装置的以及按照本发明的方法的尤其具有示例性的实施方式。其中：
图1示出按照本发明的用于切割工件的激光切割设备的示意图，该激光切割设备具有激光器、加工头部、用于规定切割线的用户界面、用于控制加工头部沿着切割线相对于各个工件运动并且用于控制切割过程的多个过程量的调控装置和可由调控装置驱控的用于影响各个过程量的执行器；
图2示出切割线的示意图，该切割线具有以在工件上的转角的形式出现的换向和遵循切割线的激光束切割轨迹以及激光束在不同时间点上的各个位置；
图3示出按照图2在沿着切割线进行切割时，按照图1的激光切割设备的加工头部的速度的时间进程；
图4示出作为加工头部速度的函数的激光束功率的设定值的示图(左侧)和激光束功率的时间进程的示图(右侧)，该时间进程与按照图3的激光切割设备的加工头部的速度的时间进程相符；
图5a)类似图4所示的示图，但该示图示出的是按照图1所示的加工头部的聚焦光学器件的位置；
b)类似图4所示的示图，但该示图示出的是按照图1所示的加工头部的过程气体喷嘴的位置；
c)类似图4所示的示图，但该示图示出的是过程气体的压力；
图6类似图2，但该示图具有作为时间的函数的激光束的不同位置；
图7示出按照图6在沿着切割线进行切割时，按照图1的激光切割设备的加工头部的速度的时间进程；
图8a)示出作为加工头部速度的函数的激光束功率的设定值的另一种方案的示图(左侧)和激光束功率的时间进程的示图(右侧)，该时间进程与按照图7的激光切割设备的加工头部的速度的时间进程相应；
b)类似a)，但该示图示出的是按照图1的加工头部的聚焦光学器件的位置；
c)类似a)，但该示图示出的是过程气体的压力；
图9示出工件上的呈圈形的切割线的和遵循切割线的激光束切割轨迹的以及激光束在不同时间点上的各个位置的示意图；
图10示出在沿着按照图9的切割线进行切割时，按照图1的激光切割设备的加工头部速度的时间进程。
具体实施方式
图1示出按照本发明的用于以激光束5切割工件的激光切割设备1。该激光切割设备1包括：用于产生激光束5的激光器4、用于将激光束5置于各个工件上的可运动的加工头部10，以及用于沿着切割线相对于各个工件控制加工头部10的运动并且用于控制切割过程的多个过程量的调控装置20。
此外，激光切割设备1包括用户界面45，通过该用户界面，激光切割设备1的用户可以在需要时将用户数据BD传输给调控装置20，该用户数据含有待由激光切割设备1实施的切割任务的定义。在本情况下，用户界面45是调控装置20的组成部分。
在本示例中示出了在切割工件3时沿着切割线L1的激光切割设备1。L1在本情况下是带有四个转角点P1、P2、P3、P4的矩形，这些转角点分别标记着90°的换向。相应地，用于定义相应切割任务的用户数据BD含有这些转角点P1、P2、P3、P4的坐标。如所示那样，此外，该用户数据包括对在切割时各个待保持的最小轨迹精确度ΔB的规定，也就是说，对在“较小”(最小)换向的情况下激光束5的各个切割轨迹从切割曲线的各个允许的最大偏移的规定。在本示例中，值B0配属于ΔB。在图1中以B1标记按照本示例产生的、遵循切割线L1的激光束5的切割轨迹。
如图1所简示，加工头部10具有可调整的聚焦光学器件15，用于将激光束5聚焦到工件3上。此外，在加工头部10上(在面朝工件3的侧上)布置有用于过程气体的喷嘴16，利用该喷嘴可以将各种过程气体在激光束5的传播方向上引导到工件3上。
当执行切割过程时，调控装置20必须控制一系列的变量并且出于该目的，可以借助调控信号驱控一系列执行器，这些执行器(依赖于各个调控信号)影响这些变量。
可以利用对加工头部10进行定位的执行器50.0来影响加工头部10的各个通过坐标x、y、z确定的位置，该执行器包括多个驱动装置，以便能够通过在三个不同的方向x、y、z上将三个相互独立的运动进行叠加来改变加工头部的空间位置。箭头11分别给出加工头部10当前的运动方向，进而给出加工头部10的速度v的方向。
此外，该调控装置控制切割过程的数量为G的过程量。过程量的第一子集G1只包括对激光束的为切割所提供的功率具有影响的过程量，而过程量的第二子集G2只包括对激光束的为切割所提供的功率不具有影响的的过程量。
在本示例中，子集G1包括切割过程的以下过程量：
-激光束5的功率LL；
-激光脉冲的脉冲持续时间Tp；
-在彼此跟随的激光脉冲之间的时间间隔ΔT。
在本示例中，子集G2包括切割过程的以下过程量：
-用于聚焦激光束5的聚焦光学器件15相对于工件3在空间上的位置DF；
-激光束5的光束直径D0；
-对用于产生激光束5的激光器4的运行模式ModL的规定(选择性地连续运行或脉冲地运行激光器4)；
-对轨迹精确度δB的规定(切割轨迹从规定的切割线的偏移)；
-激光束的聚焦点关于切割线在空间上的位移DS，以便使切割轨迹的边缘与切割线一致(轨迹修正)；
-用于过程气体的喷嘴16相对于工件3在空间上的位置DD；
-对过程气体种类的规定AG；
-过程气体的各个压力PG。
可以从中看出的是，子集G2的过程量的上述列举不是最终的：该列举当然可以由在专业技术人员看来能够满足所述子集G2的提到的定义的其它过程量所补充。
可以利用执行器50.10、50.11和50.12来影响子集G1的过程量。出于该目的，可以由调控装置20以调控信号来驱控这些执行器，这些调控信号分别代表的是这些过程量的设定值S10、S11或S12。
可以利用执行器50.20-50.27来影响子集G2的过程量。出于该目的，可以由调控装置20以调控信号来驱控这些执行器，这些调控信号分别代表的是这些过程量的设定值S20-S27。
下面的表格I给出了关于各个变量、执行器和分别配属的设定值的总览：
表格I
  量   执行器   设定值   意义
  x、y、z   50.0   S0   加工头部位置10
  LL   50.10   S10   激光束5的功率
  Tp   50.11   S11   脉冲持续时间
  ΔT   50.12   S12   脉冲间隔
  DF   50.20   S20   聚焦光学器件位置
  D0   50.21   S21   光束直径
  δB   50.22   S22   轨迹精确度
  ModL   50.23   S23   激光器的运行模式
  DS   50.24   S24   聚焦点的位移
  DD   50.25   S25   过程气体喷嘴的位置
  AG   50.26   S26   过程气体的种类
  PG   50.27   S27   过程气体的压力
调控装置20包括总线20.1，该总线实现了调控装置20的所有部件彼此之间的交流(在图1中由箭头示出通过传达数据或信号进行的交流)。基本的控制部件是：处理器21；程序存储器25，该程序存储器包括运行系统和调控装置20的所有调控程序；数据存储器40；用户界面45和控制单元30.1、30.2、30.3和30.4。
控制单元30.1控制加工头部5的各次运动，并且出于该目的可将调控信号传送到执行器50.0处，这些调控信号代表的是加工头部10的位置(x、y、z)的各个设定值S0。
执行器50.22、50.24和50.25可以由用于控制加工头部5的运动的控制单元30.1进行驱控，并且在其一侧上作用到执行器50.0上，以便依赖于设定值S22、S24和S25地影响加工头部10的位置(x、y、z)。由此实现的是，可以在控制处理器21和调控装置20的各个调控程序的情况下，视情况而定地调适轨迹精确度δB并且/或者改变聚焦点关于各个切割线的位移DS(路径修正)并且/或者改变喷嘴16的位置DD。
控制单元30.2用于控制激光器4，并且出于该目的可将信号传送到执行器50.10、50.11、50.12或50.23处，这些调控信号代表的是激光束5的功率LL的各个设定值S10、脉冲持续时间Tp的各个设定值S11、脉冲间隔ΔT的各个设定值S12和用于激光器4的运行模式的各个设定值S23。
控制单元30.3用于控制聚焦光学器件15，并且出于该目的可将调控信号传送到执行器50.20和50.21处，这些调控信号代表的是用于聚焦光学器件15的位置的各个设定值S20和激光束5的光束直径D0的各个设定值S21。
控制单元30.4用于控制过程气体供应，并且出于该目的可将调控信号传输给执行器50.26和50.27，这些调控信号代表的是用于过程气体类型AG的各个设定值S26和用于过程气体的压力PG的各个设定值S27。
在本示例中，各个设定值S10、S11、S20、S21、S22、S23、S24、S25和S27是可变的参数，这些参数可以由调控装置20作为加工头部10的速度v的函数来改变。
为了实现这些参数的即时调整，调控装置20拥有用于记录加工头部10的即时速度v的记录机构32。该记录机构32是控制单元30.1的组成部分并且具有以下任务，即，在有规律的时间间隔中记录速度v并且将每次记录下来的速度v的值提供给调控装置的其它部件。
在本示例中，各个设定值S10、S11、S20、S21、S22、S23、S24、S25和S27都被设为速度v的函数，保存在存储器40中用于不同的速度值。根据这种方式在控制单元20中执行各个设定值与速度v的函数关系。
在运行该激光切割机1时要对即时速度v进行监控。在由调控装置20的调控程序确定的特定的条件下，依赖于即时速度的变化，各个单个执行器50.10、50.11、50.12、50.20、50.23、50.24、50.25、50.26和50.27以调控信号进行驱控，这些调控信号代表的是设定值S10、S11、S20、S21、S22、S23、S24、S25和S27的变化了的值。根据这种方式，可以依赖于加工头部10的速度分别影响配属于各个执行器的过程量。
由此表明：不是所有的设定值S10、S11、S20、S21、S22、S23、S24、S25和S27都必须在相同的条件下并且同时进行变化。
图2-5示出第一示例：在激光切割设备1中可以如何操纵各个过程量的变化。
根据图2可以假设：激光束5在箭头11的方向上以速度v(t)和空间位移DS沿着预定的切割线L1运动，以便沿着切割线L1产生宽D0的切割路径B1。切割线L1在点P3上具有带有90°角的转角(换向)。在所示情况中，激光束5的聚焦点首先运动到点P3上的转角处，以便接着在点P3上将方向改变90°。在图1中(由连续线或虚线构成的圈)示出激光束5在三个不同的时间点t1、t2和t3上的各个位置。
图3示出速度v(t)的相应的进程，激光束5以该速度沿着切割线L1运动，以便保持预定的路径精确度。如可见的那样，激光束在切割轨迹B1的各个远离点P3的区段中以最大的速度v＝Δv运动，而在运动中，速度在时间段t1至t3中降低，到点P3上速度降低到v＝0。因此，速度v整体上在宽度为Δv的速度区域中变化。
在本示例中设：速度区域Δv由两个相互毗邻的分区域δv1和δv2构成，这两个区域由临界速度vg1分开，其中，分区域δv1处在临界速度vg1以上并且分区域δv2处在临界速度vg1以下。在本情况中，在时间点t2上从上速度区域δv1向下低于临界速度vg1并且在时间点t5上从下速度区域δv2向上超过临界速度vg1。
如图4和图5所简示，在本情况中得知，各个过程量的设定值中的每一个在两个分区域δv1和δv2中分别是恒定的，其中，这些设定值中的每一个在这两个分区域δv1和δv2中分别设为不同的值。因此，这些设定值中的每一个可以在整个速度区域Δv中仅设为两个不同的值。
当速度v处在上速度区域δv1中时，则以如下信号驱控那个配属于特定的过程量的执行器，该信号代表那个配属于上速度区域δv1的设定值。当速度v低于临界速度vg1并且过渡到下速度区域δv2中时，以如下信号驱控那个配属于特定的过程量的控制单元，该信号代表那个配属于下速度区域δv2的设定值。类似地，在速度v从下区域δv1过渡到上速度区域δv2中时，再次产生一个信号，代表配属于上速度区域δv1的那个设定值。因此，在t1和t6之间的时间段中，各个过程量分别在两个值之间上下切换。
相应地，图4示出作为速度v在分区域δv1和δv2中的函数的设定值S10，并且示出激光束5的功率LL的时间进程，所述时间进程可以从按照图3的速度v的时间进程中和作为速度v的函数的设定值S10的函数关系中得出。
相应地，图5示出作为速度v在分区域δv1和δv2中的函数的设定值S20、S25和S27，并且示出聚焦光学器件的位置DF的、用于过程气体的喷嘴16的位置DD的和过程气体的压力PG的时间进程，这些时间进程都可以从按照图3的速度v的时间进程中以及从作为速度v的函数的设定值S20、S25和S27的函数关系中得出。
据指出，在速度v从分区域δv1或δv2过渡到对各自而言的另一个分区域时，各个过程量的时间进程基本上都依赖于各个执行器的动态表现。分别在超过或低于临界速度之后以恒定的信号(与各个设定值相应地)驱控各个执行器，该驱控可以持续不同的时长，直至各个过程量达到预定的设定值。在超过临界速度vg1时，有些过程量显示出作为时间的函数的突然的(跳跃式的)过渡(例如按照图4的激光功率LL)，其它过程量与此相反地显示出作为时间的函数的连续的过渡(例如按照图5的量DF、DD和PG)。
图3中所示的作为时间t的函数的速度v的进程仅是多种可行方案中的一种，根据这些方案，调控装置20可以(依赖于调控装置20如何配置)沿着按照图2的切割线调控加工头部10的运动。与图3中所示的进程不同，调控装置20例如能以如下方式配置，即，在时间t3上到达点P3之后，加工头部立即按实行设置的90°的换向，并且在时间t3上立即再次加速。根据该方案，只有在时间点t3上时速度v才等于0，当t＞t3时，速度v持续升高直至值Δv。在其它方案中，例如可以如下方式配置调控装置20，即，加工头部10在点P3上以某速度实行换向，该速度虽然与值Δv相比有所降低，但是在整个时间进程期间速度v从不等于0。在此情况下，在点P3上的换向期间，加工头部10保持运动。
图6-8示出另一示例：在激光切割设备1中可以如何操纵各个过程量的变化。
由于按照图6的切割线L1与图2中的切割线相同，所以按照图6-8的示例与按照图2-5的示例相类似，也就是说，在本示例中，转角在点P3上应该以90°的角切割出，其中，切割轨迹B1应该以与点P3相对较大的距离以最大速度v＝Δt进行切割，并且速度在点P3的范围内降低到v＝0。相应地，速度v扫过速度范围Δv。
与例如按照图2-5的示例不同，在按照图6-8的示例中速度范围Δv被分成三个相互毗邻的分区域δv1、δv2、δv3，其中，每两个相邻的分区域(δv1和δv2或δv2和δv3)通过临界速度vg1或vg2分开。在该示例中，由此三个速度区域或两个临界速度依次在时间点t1和t4之间的三个时间间隔中经过(图7)。
在本示例中设：过程量之一的设定值在各个分区域δv1、δv2和δv3中的每一个中分别设为恒定的值，其中，配属于不同区域的值分别是不同的。由此，过程量的设定值的函数关系可以在整个速度区域Δv中通过三个不同的值来描述特征。图8示出了相应的关于设定值S10、S20和S27的相关性的示例。相应地，依次以不同的信号驱控各个执行器，这些信号分别代表不同的设定值。相应地，各个过程量LL、DF和PG的时间进程也分别示出三个阶段，这些阶段相应于三个不同的值，这些值可以设为在不同的分区域δv1、δv2和δv3中的设定值S10、S20和S27。
在图7中所示的作为时间t的函数的速度v的进程仅为多个可行方案中的一种，根据这些方案，调控装置20可以(依赖于调控装置20如何配置)沿着按照图6的切割线调控加工头部10的运动。与在图7中所示的进程不同，调控装置20例如能以如下方式配置，即，在时间t4上到达点P3之后立即实行设置的90°的换向，并且在时间t4上立即再次加速。根据该方案，只有在时间点t4上速度v才等于0，当t＞t4时，速度v持续升高直至值Δv。在其它方案中，例如能以如下方式配置调控装置20，即，加工头部10在点P3上以某速度实行换向，该速度虽然与值Δv相比有所降低，但是在整个时间进程期间速度v从不等于0。在此情况下，在点P3上的换向期间，加工头部10保持运动。
图9和10示出另一以可变的切割速度进行切割的示例。
图9示出带有半径为R的呈圈形的切割线L2的工件3。在本示例中，切割过程以如下方式开始，即，在时间点t1上利用激光束5在切割线L2的中心点P1上钻一个洞。因此，在时间点t1上，加工头部的速度为v＝0。设以附图标记12的箭头指示出切割头部10在切割过程期间的路径。在图9中，通过各个连续线的或虚线的圈来指示出激光束5在不同时间点t1、t2、t3、t4、t5、t6和tE上的即时位置。从点P1出发，激光束5或加工头部10首先径向地在切割线L2的方向上加速，并且在激光束5即将到达时间点t2上的切割线L2之前再次略微减速。然后，切割轨迹B2(在90°的换向之后)遵循切割线L2的内侧并且在此进一步加速，直至经过切割线的大约四分之一圆周之后到达最大速度Δv(时间点t4)。维持该最大速度，直至工件3沿着弧形切割，该弧形的长度大约是切割线L2的整个圆周的3/4(时间点t5)。然后，速度v逐渐降低到v＝0，直至切割过程可结束(时间点tE)。在图9中配属于时间点tE的圆圈指示出激光束5在切割轨迹B2的端部上占据的位置，该切割轨迹B2的端部是沿着切割线L2在箭头12的方向上运转之后所到达的端部。
图10示出的是速度的相应的时间进程。与按照图6-8的示例类似，按照图10的速度区域Δv被分成三个相互毗邻的分区域δv1、δv2和δv3。相应地可以设：过程量之一的设定值在分区域δv1、δv2和δv3中的每一个中分别设为恒定的值，其中，配属于不同区域的值分别是不同的。相应地，可以在三个不同的步骤中调适各个过程量(如按照图6-8的示例)。
当然，同样可行的是，将速度区域Δv分成三个以上的分区域并且通过三个以上的恒定的值确定过程量的设定值与速度的函数关系。
在根据图2-5或图6-8或图9-10的所提到的示例中，可能有利的是，在加工头部10的速度v在两个相互毗邻的分区域δv1与δv2或δv2与δv3之间的过渡中，对各个执行器的驱控仅在加工头部10的速度至少在预定的时间跨度期间处在那个进行过渡的分区域中时才由调控装置20来操纵。出于该目的能以如下方式构造该调控装置，即，调控装置分别预先测定如下各个时间跨度，在所述时间跨度内加工头部的各个速度处在所述分区域内，并且只有当各个测定出的时间跨度大于预定的值时才产生各个调控信号。当设定值的变化相比预定的持续时间不更长地作用时，通过该措施能够实现对设定值变化的抑制。在按照图9-10的示例中，可以例如当时间差t5-t4大于预定的最小持续时间Δt时，才由调控装置20产生代表分区域δv1中的设定值的调控信号。

Claims (15)

1.用于以激光束(5)沿着切割线(L1、L2)以可变的切割速度(v)切割工件(3)的激光切割设备(1)，
所述激光切割设备具有能运动的加工头部(10)，用于将所述激光束(5)置于各个所述工件(3)上，
所述激光切割设备具有用户界面(45)，用于规定各个所述切割线(L1、L2)并且用于规定所述激光束(5)的最小轨迹精确度(ΔB)，
所述激光切割设备具有调控装置(20)，用于调控所述加工头部(10)沿着所述切割线(L1、L2)相对于各个所述工件的运动，并且用于调控切割过程的多个过程量(LL、Tp、ΔT、DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)，
在所述切割过程期间在所述运动中能沿着所述切割线(L1、L2)产生所述激光束的切割轨迹(B1、B2)，
其中，所述过程量的第一子集(G1)仅包括一个或多个对所述激光束的为切割所提供的功率具有影响的过程量(LL、Tp、ΔT)，并且其中，所述过程量的第二子集(G2)仅包括一个或多个对所述激光束的为切割所提供的功率不具有影响的过程量(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)，
其中，所述调控装置(20)
a)以如下方式构造，即，所述加工头部(10)在所述切割过程期间的运动能由所述调控装置(20)以如下方式调控，即，使所述激光束的所述切割轨迹(B1、B2)在所述最小轨迹精确度(ΔB)内遵循所述切割线(L1、L2)，其中，能通过提高或降低所述加工头部(10)相对于所述工件(3)的速度(v)来改变所述加工头部(10)的运动状态，
b)包括记录机构(32)，用于记录所述加工头部(10)的运动状态的变化和/或记录所述加工头部(10)的速度(v)的至少一个值和/或记录所述加工头部的速度变化的值，
c)能够在所述加工头部的运动状态变化时或变化后，借助所述调控装置(20)依赖于所述加工头部的速度的各个记录值(vg1、vg2)中的至少一个和/或依赖于所述加工头部(10)的速度变化(δv1、δv2、δv3)的各个记录值中的至少一个来改变所述第一子集(LL，Tp，ΔT)的至少一个过程量，
其特征在于，
能够在所述加工头部的运动状态变化时或变化后，借助所述调控装置(20)依赖于所述加工头部的速度(v)来改变所述第二子集(DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)的至少一个过程量，其中，能够依赖于至少一个可变的调控参数(S20、S21、S22、S23、S24、S25、S26、S27)来调控各个所述过程量的变化，所述调控参数的各个值能够由所述调控装置根据所述调控装置中实行的规则依赖于所述加工头部的速度的所述各个记录值(vg1、vg2)中的至少一个和/或依赖于所述加工头部(10)的速度变化(δv1、δv2、δv3)的所述各个记录值中的至少一个来确定。
2.根据权利要求1所述的激光切割设备(1)，其中，
所述过程量的所述第一子集包括以下过程量(i)-(iii)中的至少一个：
(i)所述激光束的功率(LL)，
(ii)激光脉冲的脉冲持续时间(Tp)，
(iii)在彼此跟随的激光脉冲之间的时间间隔(ΔT)和/或激光脉冲率，
并且其中，所述过程量的所述第二子集包括以下过程量(iv)-(xi)中的至少一个：
(iv)对用于聚焦所述激光束的聚焦光学器件相对于所述工件的位置(DF)的规定，
(v)对所述激光束的光束直径(D0)的规定，
(vi)对用于产生所述激光束的激光器的运行模式(ModL)的规定，
(vii)对轨迹精确度(δB)的规定，
(viii)所述激光束的焦点关于所述切割线在空间上的位移(DS)，
(ix)过程气体喷嘴相对于所述工件的位置(DD)，
(x)对过程气体的种类(AG)的规定，
(xi)过程气体的压力(PG)。
3.根据权利要求1或2中任意一项所述的激光切割设备(1)，其中，
各个所述过程量(LL、Tp、ΔT、DF、D0、ModL、δB、DS、DD、AG、PG)能够利用配属于该过程量的执行器(50.10、50.11、50.12、50.20、50.21、50.22、50.23、50.24、50.25、50.26、50.27)来影响，并且各个所述执行器能够利用能由所述调控装置产生的、代表所述过程量的设定值(S10、S11、S12、S20、S22、S23、S24、S25、S26、S27)的调控信号来驱控，其中，所述设定值是所述可变的调控参数。
4.根据权利要求3所述的激光切割设备，其中，
各个所述过程量的所述设定值(S10-S27)依赖于所述加工头部(10)的速度(v)，并且
为所述过程量在所述调控装置中实行(40)所述过程量的所述设定值与所述加工头部的速度的函数关系，
并且能由所述调控装置(20)产生至少一个用于驱控配属于该过程量的所述执行器的调控信号，该调控信号代表各个所述过程量的如下设定值，该设定值按照所实行的各个所述过程量的所述设定值与所述加工头部的速度之间的所述函数关系来配属于所述加工头部的速度的所述各个记录值中的一个。
5.根据权利要求4所述的激光切割设备，其中，
所述加工头部的速度能够在预定的速度区域(Δv)上改变，并且
以如下方式实行所述过程量的所述设定值与所述加工头部的速度的所述函数关系，即，定义所述预定的速度区域的不同的分区域(δv1、δv2、δv3)，并且所述过程量的所述设定值(LL、DF、DD、PG)在所述分区域(δv1、δv2、δv3)中的至少两个中分别设为不同的值(LL1、LL2；DF1、DF 1；DD1、DD2；PG1、PG2)。
6.根据权利要求5所述的激光切割设备，其中，
所述过程量的所述设定值在所述分区域(δv1、δv2、δv3)中的每个分区域中分别设为恒定的值。
7.根据权利要求4-6中任意一项所述的激光切割设备，所述激光切割设备具有能供所述调控装置访问的存储器(40)，在所述存储器中存储有为用于所述加工头部的速度预定值的设定值而设的各个值。
8.根据权利要求4-7中任意一项所述的激光切割设备，其中，
所述激光切割设备包括对能由所述调控装置实施的算法的实行，用于为速度的预定值估算各个所述设定值。
9.根据权利要求5-8中任意一项所述的激光切割设备，其中，
在所述加工头部运动时，在所述加工头部的运动状态的变化期间，所述加工头部(10)能够以如下方式制动，即，使所述加工头部的速度达到或低于特定的分区域(δv2、δv3)的上临界速度(vg1、vg2)，或使所述加工头部的速度在时间上相继地达到或低于所述预定的速度区域的多个特定分区域(δv2、δv3)的各自的上临界速度(vg1、vg2)。
10.根据权利要求9所述的激光切割设备，其中，
每次达到或低于各个所述分区域的所述上临界速度的情况能够由所述调控装置(20)记录，
并且
在记录每次达到或低于各个所述分区域(δv2、δv3)的所述上临界速度(vg1、vg2)的情况之后，能产生用于驱控所述执行器(50.10、50.11、50.12、50.20、50.21、50.22、50.23、50.24、50.25、50.26、50.27)的调控信号，其中，每个所述调控信号代表如下设定值，该设定值配属于由所述调控装置记录的在各个所述分区域内的速度值中的一个。
11.根据权利要求9或10中任意一项所述的激光切割设备，其中，
a)如果所述切割线(L1、L2)包括至少一个具有换向的区段，则在加工头部朝向换向(P3)运动时，和/或
b)在切割过程的最后、到达所述切割线(B2)的终点之前，
能够实施所述运动状态的变化。
12.按照权利要求5-9中的任意一项所述的激光切割设备，其中，
在所述加工头部(10)的运动状态变化期间，所述加工头部能够如下方式加速，即，使所述加工头部(10)的速度(v)达到或超过特定的分区域(δv1、δv2)的下临界速度(vg1、vg2)，或使所述加工头部(10)的速度(vg1、vg2)在时间上相继地达到或超过所述预定的速度区域的多个特定分区域(δv1、δv2)的各自的下临界速度(vg1、vg2)。
13.根据权利要求12所述的激光切割设备，其中，
每次达到或超过各个所述分区域的所述下临界速度的情况能够借助所述记录机构(32)来记录，
并且
在记录每次达到或超过各个所述分区域(δv1、δv2)的所述下临界速度(vg1、vg2)的情况之后，能够产生用于驱控所述执行器(50.10、50.11、50.12、50.20、50.21、50.22、50.23、50.24、50.25、50.26、50.27)的调控信号，其中，每个所述调控信号代表如下设定值，该设定值配属于由所述调控装置(20)记录的在各个所述分区域(δv1、δv2)内的速度值中的一个。
14.根据权利要求11至13中任意一项所述的激光切割设备，其中，
a)如果所述切割线(L1)包括至少一个具有换向(P3)的区段，则在所述加工头部离开换向运动时，和/或
b)在切割过程的开始、在所述加工头部(10)以离开所述切割线(L2)的起点(P1)的取向运动时，
能够实施所述运动状态的改变。
15.根据权利要求9或13中任意一项所述的激光切割设备，其中，能由调控装置(20)预先测定时间跨度(t5-t4)，在所述时间跨度内，所述加工头部的各个速度(v)处在所述分区域(δv1)内，
并且仅当各个测定出的所述时间跨度相比预定的值更大时，才能够产生所述调控信号。
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