CN104520055A - 用于切割金属薄板胚料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于从在输送方向(x)上连续传送的金属薄板带材(1)中切割具有预定轮廓(K)的金属薄板胚料(2)的方法，所述方法包括以下步骤：设置至少一个激光切割装置，其具有在所述输送方向(x)上和与所述输送方向垂直的y方向上可移动的至少一个激光切割头(L、L1、L2、L3)，并且还具有用于控制所述激光切割头(L、L1、L2、L3)沿对应于所述预定轮廓(K)的切割路径的移动的控制装置，通过设置在所述激光切割装置上游的第一距离测量装置来连续地测量在所述y方向上所述金属薄板带材(1)的第一带材边缘和固定的第一测量点的第一距离(I1)，向控制装置发送测得的第一距离值，使用预定切割路径和所述测得的第一距离值，通过所述控制装置的控制程序来计算纠正后的切割路径，以及沿所述纠正后的切割路径通过移动所述激光切割头(L、L1、L2、L3)来在所述金属薄板带材(1)中生成切缝。

Description

用于切割金属薄板胚料的方法
本发明涉及一种用于从在输送方向上连续传送的金属薄板带材中切割具有预定轮廓的金属薄板胚料的方法。
US 8253064 B2和与其对应的文件WO 2009/105608 A1公开了一种用于从在输送方向上连续传送的金属薄板带材中切割具有预定轮廓的金属薄板胚料的方法。为了切割从卷料上展开的金属薄板带材，在卷筒下游设置了具有在输送方向以及垂直于输送方向的y方向上可移动的多个激光切割头的激光切割装置。利用已知的方法，通过依次设置在传输方向上的多个激光切割头，由多个连续的局部轮廓切缝来制造金属薄板胚料的轮廓。为了补偿所述金属薄板带材从激光切割装置限定的中心线的偏移，通过摄像机来检测金属薄板带材上的标记。由此，确定了所述带材中心距离所述中心线的偏移。通过控制程序并使用所确定的偏移，相应地纠正激光切割头的切割路径。在金属薄板带材上准备标记是复杂的。除此之外，实践中标记在被摄像机检测之前可能已被损坏，或者积尘可能被错误地理解为标记。这从而可能导致生产金属薄板胚料的期间被显著地中断。最后，两个连续的标记被在输送方向上间隔一定距离地设置。摄像机分开记录每个标记。评估摄像机所拍摄的图像是耗时的。已知的方法相对较慢。
JP 2001-105170 A公开了用于从在输送方向上传送的金属薄板带材中切割金属薄板胚料的另一方法。此处，在激光切割装置的上游设置了用于检测所述带材边缘的位置的传感器。为了纠正所述带材边缘的位置，设置于所述传感器上游的卷筒，通过合适的控制器并基于由该传感器递送的值，横向于所述金属薄板带材的输送方向移动。为了移动通常几吨重的卷筒，必须采用复杂的移动装置。用于纠正金属薄板带材边缘的位置的已知方法是相对较慢的。
本发明的目的是克服根据现有技术的缺点。尤其是要指定一种方法，利用该方法可以安全、可靠地从连续传送的金属薄板带材上切割具有预定轮廓的金属薄板胚料。
上述目的是通过权利要求1的技术特征实现的。权利要求2至18的特征体现了本发明的有利实施例。
根据本发明，提出了一种用于从输送方向上连续传送的金属薄板带材切割具有预定轮廓金属薄板胚料的方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个激光切割装置，其具有在输送方向上和与所述输送方向垂直的y方向上可移动的至少一个激光切割头，并且还具有用于控制所述激光切割头沿对应于所述预定轮廓的切割路径移动的控制装置，
通过设置在所述激光切割装置上游的第一距离测量装置来连续地测量所述金属薄板带材的第一带材边缘与固定第一测量点之间的在y方向上的第一距离，
向控制装置发送测得的第一距离值，使用预定切割路径和测得的第一距离值，通过控制装置的控制程序来计算纠正的切割路径，以及
沿纠正后的切割路径通过移动激光切割头来在金属薄板带材中生成切缝。
根据本发明，第一带材边缘在y方向上距第一固定测量点的第一距离被连续地测量。连续测得的第一距离值被发送到控制装置，并在那里被评估。通过距离测量装置可以安全、可靠地检测带材边缘的位置，例如光学、电学或触觉距离测量装置。为了这个目的，第一距离测量装置可以包括设置在带材边缘上方的部件，以及在相反的设置方式中设置在带材边缘下方的部件。例如，该部件可以是在y方向延伸的多个光栅或者类似部件。由于第一距离值是连续地被测量的，例如以频率范围从50到500Hz的频率，因此当前测得的第一距离值在任何时刻对控制程序都是可用的。因此，可以避免切割路径的校正误差。
根据一有利的实施例，通过设置在激光切割装置上游的第二距离测量装置来连续地测量第一带材边缘对面的第二带材边缘在y方向上距固定的第二测量点的第二距离。第二距离测量装置在y方向上被方便地设置在第一距离测量装置对面。使用测得的第一距离值和测得的第二距离值，可以确定金属薄板带材的宽度是否变化和/或金属薄板带材的宽度实际上是多少。
由此，还可以方便地利用测得的第二距离值计算纠正后的切割路径。这使得切割路径的纠正具有提高的精度。
根据另一有利的实施例，由多个按时间顺序并且局部连续的第一距离值和/或第二距离值形成了平均值，并且该平均值被用来计算纠正的切割路径。该平均值可以是移动平均值。因此，可以避免由各带材边缘中的划痕和/或不平整造成的误差。
根据本发明的一替代物，基于由第一距离值和/或第二距离值计算出的至少一个平均值，在生成金属薄板带材中的切缝之前纠正切割路径。换言之，在简单纠正的情况下，根据在y方向上金属薄板带材距目标位置的偏移，可以将预定切割路径移位。为了计算切割路径的位移，还可以由第一距离值和第二距离值形成平均值。
根据本发明的另一替代物，在金属薄板带材中生成切缝的期间，纠正后的切割路径被连续地计算。对纠正后的切割路径的计算是方便地实时进行的。在切割程序中，切割路径是由多个连续位置坐标限定的。利用对切割路径的连续纠正，在y方向上通过使用第一测量距离值和/或第二测量距离值来纠正在激光束前方的位置坐标。利用对位置坐标的纠正，考虑在x方向上要被纠正的第一距离测量装置和/或第二距离测量装置距位置坐标的距离。
根据本发明的另一实施例，通过设置在激光切割装置上游的路径测量装置来测量在输送方向上被金属薄板带材覆盖的路径。例如，路径测量装置可以是抵靠金属薄板带材的测距轮，通过该测距轮可以测量输送方向上的金属薄板带材的路径。测得的路径值被有利地发送到控制装置，并且使用用以生成轮廓的预定切割路径并使用测得的路径值，通过控制程序计算出纠正后的切割路径。换言之，切割路径的位置坐标不仅在y方向、而且在x方向都可以使用由路径测量装置传递的测得路径值来纠正。例如，在传送金属薄板带材期间的速度波动由此可以通过切割路径纠正来补偿。这使得金属薄板胚料的预定轮廓的生成能够特别准确。
根据另一有利的实施例，在激光切割装置上游的至多2m的距离处，优选为至多1m，获取测得的第一距离值和/或测得的第二距离值以及测得路径值。根据另一尤其有利的实施例，例如在x方向上激光切割装置上游的相同距离处，获取测得的第一距离值和/或测得的第二距离值以及测得路径值。这简化了对纠正后的切割路径的计算。在这种情况下，基于距离测量装置和路径测量装置距激光切割装置的距离相同，可以进行计算所需的外推法。
用于生成具有预定轮廓的金属薄板胚料的设备可以包括用于收纳卷料的卷筒。将金属薄板带材从卷料上展开并且在激光切割装置的方向上通过输送设备来传送该金属薄板带材，例如辊式矫直机。卷筒在y方向上是可移动的。此外，可以提供用于控制卷筒在y方向上的位置的控制装置，使得金属薄板带材相对于激光切割装置的位置保持在预定目标范围内。目标位置范围可以由第一测量装置和/或第二测量装置检测。由此，第一距离值和/或第二距离值中的至少一个可以有利地被用作控制变量，该控制变量用于控制在y方向上可移动的卷筒的y位置，在卷筒上金属薄板带材以卷料的形式被收纳。从而可以实现金属薄板带材距其目标位置的不期望的偏移最小化。因此，在第一距离测量装置和/或第二距离测量装置的区域中金属薄板带材的偏移也可以在y方向上保持较低。切割路径的纠正范围从而也可以保持较低。在纠正只能在一定限制范围内进行时，这样是有利的。
通过第三距离测量装置，第一带材边缘距固定的第三测量点的第三距离在y方向上被有利地连续测量。通过测量在输送方向上彼此不同的第一测量点和第三测量点处的第一带材边缘的第一距离和第三距离，可以确定第一带材边缘相对于中心线的角α，所述中心线沿平行于输送方向并且在中央穿过激光切割装置。角α可以用来计算纠正后的切割路径。可以相应地旋转切割路径，以补偿由角α给出的金属薄板带材的倾斜位置。
第三距离测量装置被方便地设置在激光切割装置的区域或上游。
根据本发明的实施例，通过依次设置在输送方向上的多个激光切割装置来生成轮廓，其中，利用每个激光切割装置来生成局部轮廓切缝。由此可以通过激光切割装置来生成第一局部轮廓切缝，其中第二局部轮廓切缝通过设置在所述激光切割装置下游的另一激光切割装置来生成，并且其中通过控制程序、使用至少第一距离值来纠正对应于所述第二局部轮廓切缝的预定另一切割路径，使得所述另一切割路径从第一切割路径的末端部分继续跟进。由此，确保了即使在纠正了切割路径的情况下，继续的进一步切割路径也能伸入先前的切割路径，并且确保了第一局部轮廓切缝由第二局部轮廓切缝继续下去而不中断。
关于切割路径由另一切割路径继续下去，两个替代物被认为是有利的。根据第一替代物，切割路径和另一切割路径被纠正，使得局部轮廓切缝的末端处的转移点预定位置在y方向上保持不变。换言之，在这种情况下切割路径被纠正为使其在预定转移点处结束。所述另一切割路径被纠正为使其在所述预定转移点处开始。
根据另一替代物，所述切割路径被纠正为使得至少使用所述第一距离值来纠正所述切割路径的末端处的转移点。换言之，在这种情况下所述切割路径的预定切割路径的长度保持基本不变。利用切割路径的纠正，转移点在切割路径的末端在y方向上被移位。
根据另一实施例，距离测量装置在y方向上相对于带材边缘被调整，使得带材始终处于距离测量装置的测量范围内。在金属薄板带材距其目标位置有偏差的情况下，由此可以确保在任何时刻带材边缘都不远离距离测量装置的测量范围或者不与距离测量装置发生碰撞。
以下将结合附图更详细地解释本发明的示例性实施例，其中：
图1为具有要从其中切除的金属薄板胚料的金属薄板带材的平面示意图；
图2为具有在其中生成的局部轮廓切缝的金属薄板带材的平面示意图；
图3a为金属薄板带材的平面示意图，其中局部轮廓切缝在固定转移点处终止；
图3b为金属薄板带材的平面示意图，其中局部轮廓切缝在纠正后的转移点处终止；
图4为具有轮廓和纠正后的轮廓的金属薄板带材的平面示意图。
图1为金属薄板带材1的平面示意图。附图标记K表示金属薄板胚料2的轮廓。附图标记x表示金属薄板带材1的输送方向。为了在输送方向x上传送，通过输送装置(此处未示出)将金属薄板带材1连续地移动。例如，输送装置可以是辊式矫直机、传送带或者类似装置。
激光切割装置(此处未更详细地示出)包括激光切割头L，其在输送方向x和与其垂直的方向y上都可以移动。在金属薄板带材1的一个边缘的区域中，在该激光切割装置的上游设置了第一距离测量装置3，通过该距离测量装置，连续地测量金属薄板边缘距形成固定测量点的第一测量装置在y方向上的第一实际距离I1。实线表示金属薄板带材1的第一带材边缘的第一目标位置S1。与第一目标位置相对的第二带材边缘的第二目标位置由附图标记S2表示。在第二带材边缘的区域中，在y方向上与第一距离测量装置3相对设置了第二距离测量装置4。第二距离测量装置4也形成了固定测量点。因此，可以连续地测量金属薄板带材1的第二带材边缘与第二距离测量装置4的第二实际距离I2。
附图标记W表示路径测量装置，其设置在激光切割装置的上游。使用该路径测量装置W可以连续地检测在输送方向x上由金属薄板带材1覆盖的路径。例如，路径测量装置可以是抵靠金属薄板带材1的测距轮。
图1示出了金属薄板胚料2的期望轮廓K。如果金属薄板带材1不在输送方向x上移动，激光切割装置的切割路径将对应于期望轮廓K。
然而，利用根据本发明的方法，在输送方向x上金属薄板带材1被连续地传送。基于传送速度，通过控制程序来计算激光切割头L的切割路径并且该切割路径给出了期望轮廓K。该切割路径尤其依赖于传送速度、激光切割头L的最大运动速度以及轮廓K。
在实际操作中，金属薄板带材1的位置可能出现从带材边缘的第一目标位置S1和第二目标位置S2限定的目标位置偏移的情形。为补偿这种距目标位置的偏移，根据本发明通过第一距离测量装置3连续地测量带材边缘的第一实际距离I1。所测量的距离值被连续地发送到控制装置。由此通过控制装置的控制程序来连续地计算第一带材边缘距第一目标位置S1的偏移Δy1。利用第一偏移Δy1，激光切割头L的切割路径现在被纠正为使得所产生的另一轮廓K'在y方向上同样地移位了第一偏移Δy1。
根据一种变形，另外可以通过第二距离测量装置4来检测第二带材边缘的第二实际距离I2。进一步测得的距离值同样可以被发送到控制装置。这样，可以确定第二偏移Δy2。利用根据第一偏移Δy1和第二偏移Δy2的控制程序可以形成平均值，并且该平均值可以随后形成纠正切割路径的基础。
使用由路径测量装置W传递的测得的路径值，在纠正切割路径时可以另外考虑金属薄板带材1的输送速度的波动。换言之，限定所述切割路径的位置坐标不仅可以在y方向上被纠正，而且可以使用由路径测量装置W传递的值在x方向上被纠正。
图2为在工作区中具有在金属薄板带材1上方可移动的激光切割头的金属薄板带材1的平面示意图。附图标记L1表示第一激光切割头，在第一工作区A1中该第一激光切割头在输送方向x和与其垂直的方向y上是可移动的。
第二激光切割头L2的第二工作区A2在输送方向x上位于第一工作区A1的下游。在第二工作区A2中第二激光切割头L2在x方向和y方向上是可自由移动的。第一工作区A1和第二工作区A2在y方向上具有第一重叠区U1。第一工作区A1和第二工作区A2在x方向上也可能重叠。
附图标记M表示激光切割装置的中心线。该激光切割装置具有第三激光切割头L3，该第三激光切割头L3的第三工作区A3被设置为关于中心线M与第一激光切割头L1的第一工作区A1对称。换言之，第三工作区A3位于第二工作区A2的上游。类似于第一工作区A1，第三工作区A3在y方向上具有与第二工作区A2的重叠区U2。第三工作区A3和第二工作区A2在x方向上也可能重叠。
为了生产金属薄板胚料2，第一局部轮廓切缝K1是利用第一激光切割头L1切割的。与此同时，第三局部轮廓切缝K3可以利用第三激光切割头L3来切割。第一局部轮廓切缝K1具有第一端点E1和第二端点E2。第三局部轮廓切缝K3具有第三端点E3和第四端点E4。先前生成的第一局部轮廓切缝K1'的相应端点由E1'和E2'表示。先前生成的第三局部轮廓切缝K3'的端点由E3'和E4'表示。
在图2中，第二局部轮廓切缝由附图标记K2'表示并且第四局部轮廓切缝由附图标记K4'表示，这些局部轮廓切缝是为了连接已经生成的第一局部轮廓切缝K1'和第三部分轮廓切缝K3'。类似于工作区A1、A2、A3，附图标记B1表示第一转移区，其位于第二工作区A2中并且是静止的。
由于所述金属薄板带材1在输送方向x上的不断运动，因此第一局部轮廓切缝K1和可选的第三局部轮廓切缝K3从第一工作区A1中被移动，并且在适用的情况下，第三工作区A3被移动到第二工作区A2中。一旦第一端点E1已经进入第二工作区A2，第二激光切割头L2就被移动到第一转移区B1中。第二激光切割头L2从第一局部轮廓切缝K1的末端部分继续跟进，并开始生成第二部分轮廓切缝K2。图2示出了刚刚要完成第二部分轮廓切缝K2之前的情况。在完成第二部分轮廓切缝K2后，第二激光切割头L2立即被移回到第一转移区B1中，从而随后生成由虚线表示的第四部分轮廓切缝K4。
根据本发明，利用第一偏移Δy1和/或第二偏移Δy2来纠正对应于部分轮廓切缝K1、K2'、K3和K4'的切割路径，使得金属薄板带材1距目标位置的位置偏移得到补偿。
图3a和3b示出了关于生成轮廓的变形，该轮廓由多个局部轮廓切缝而形成。虚线示出了在y方向上位移大小为Δy的金属薄板带材1的带材边缘。E1、E2、E3和E4表示终点或转移点，局部轮廓切缝K1、K2、K3、K4在这些点上开始或终结。
在图3a所示的第一个变形中，转移点E1、E2、E3、E4相对于中心线M保持不变。换言之，在这种情况下金属薄板带材1在y方向上的位移通过对局部轮廓切缝K1、K2、K3、K4的几何形状的改变来补偿。
在图3b所示的第二个变形中，局部轮廓切缝K1、K2、K3、K4在几何形状上保持不变。局部轮廓切缝K1、K2、K3、K4以大小为Δy发生位移。因此，转移点E1、E2、E3、E4也以大小为Δy发生位移。
利用图4所示的方法的变形，第三距离测量装置5被设置在第一距离测量装置3的下游，通过该第三距离测量装置可以测量金属薄板带材1的第一带材边缘的第三实际距离I3。利用比较第一实际距离I1与第三实际距离I3的控制程序可以确定角α，并且该角α描述了金属薄板带材1相对于x方向的倾斜位置。利用角α可以使轮廓K的原本预定位置不仅在y轴方向位移、而且将所述位置旋转了角α。在这种情况下，产生了由点线表示的纠正后的轮廓K'。
附图标记列表
1  金属薄板带材；
2  金属薄板胚料；
3  第一距离测量装置；
4  第二距离测量装置；
5  第三距离测量装置；
A1 第一工作区；
A2 第二工作区；
A3 第三工作区；
E1 第一转移点；
E2 第二转移点；
E3 第三转移点；
E4 第四转移点；
I1 第一实际距离；
I2 第二实际距离；
I3 第三实际距离；
K  轮廓；
K1 第一局部轮廓切缝；
K2 第二局部轮廓切缝；
K3 第三局部轮廓切缝；
K4 第四局部轮廓切缝；
L  激光切割头；
L1   第一激光切割头；
L2   第二激光切割头；
L3   第三激光切割头；
M    中心线；
S1   带材边缘的第一目标位置；
S2   带材边缘的第二目标位置；
U1   第一重叠区；
U2   第二重叠区；
U3   第三重叠区；
U4   第四重叠区；
W    路径测量装置；
x    输送方向；
α   带材边缘的角度
Δy1 第一偏移；
Δy2 第二偏移；
Δy  y方向偏移。

Claims (18)

1.一种用于从输送方向(x)上连续传送的金属薄板带材(1)中切割具有预定轮廓(K)的金属薄板胚料(2)的方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个激光切割装置，其具有在所述输送方向(x)上和与所述输送方向垂直的y方向上可移动的至少一个激光切割头(L、L1、L2、L3)，并且还具有用于控制所述激光切割头(L、L1、L2、L3)沿对应于所述预定轮廓(K)的切割路径的移动的控制装置；
通过设置在所述激光切割装置上游的第一距离测量装置来连续地测量在所述y方向上所述金属薄板带材(1)的第一带材边缘距固定的第一测量点的第一距离(I1)；
向所述控制装置发送测得的第一距离值；
使用预定切割路径和所述测得的第一距离值，通过所述控制装置的控制程序来计算纠正后的切割路径；以及
沿所述纠正后的切割路径通过移动所述激光切割头(L、L1、L2、L3)来在所述金属薄板带材(1)中生成切缝。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过设置在所述激光切割装置上游的第二距离测量装置(4)来连续地测量所述第一带材边缘对面的第二带材边缘在所述y方向上距固定的第二测量点的第二距离(I2)。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，还利用测得的第二距离值(I2)计算所述纠正后的切割路径。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，由多个按时间顺序或局部连续的测得的第一距离值(I1)和/或测得的第二距离值形成了平均值，并且所述平均值被用来计算所述纠正后的切割路径。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在形成所述金属薄板带材(1)中的切缝之前，基于由所述测得的第一距离值和/或所述测得的第二距离值计算出的至少一个平均值来纠正所述切割路径。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述金属薄板带材(1)中生成所述切缝的期间，所述纠正后的切割路径被连续地计算。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，对所述纠正后的切割路径的计算是实时进行的。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过设置在所述激光切割装置上游的路径测量装置(W)来连续地测量在所述输送方向(x)上由所述金属薄板带材(1)所覆盖的路径。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述测得路径值被发送到所述控制装置，并且使用用以生成所述轮廓(K)的所述预定切割路径以及使用所述测得路径值，通过所述控制程序来计算所述纠正后的切割路径。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述激光切割装置上游的至多2m的距离处，优选为至多1m处，检测所述测得的第一距离值和/或所述测得的第二距离值以及所述测得路径值。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述激光切割装置上游的大约相同距离处，检测所述测得的第一距离值和/或所述测得的第二距离值以及所述测得路径值。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第一距离值和/或所述第二距离值中的至少一个被用作控制变量，所述控制变量用于控制在所述y方向上可移动的卷筒的y位置，在所述卷筒上所述金属薄板带材(1)以卷料的形式被收纳。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过第三距离测量装置(5)来连续地测量所述第一带材边缘在y方向上距固定的第三测量点的第三距离(I3)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述第三距离测量装置(5)被设置在所述激光切割装置的区域或上游。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，通过所述激光切割装置来生成第一局部轮廓切缝(K1)，其中通过设置在所述激光切割装置下游的另一激光切割装置来生成第二局部轮廓切缝(K2)，并且其中通过所述控制程序、使用至少所述第一距离值来纠正对应于所述第二局部轮廓切缝(K2)的预定另一切割路径，使得所述另一切割路径插入所述第一切割路径的末端部分。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述切割路径和所述另一切割路径被纠正为使得所述第一局部轮廓切缝(K1)的所述末端处的转移点(E1、E2、E3、E4)的预定位置保持不变。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述切割路径被纠正为使得使用所述第一距离值来纠正所述切割路径的所述末端处的转移点(E1、E2、E3、E4)。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在所述y方向上相对于所述带材边缘调整所述距离测量装置(3、4、5)，使得所述带材始终处于所述距离测量装置的测量范围内。
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