CN105102172B - 用于切割具有预定轮廓的金属片坯料的方法 - Google Patents

用于切割具有预定轮廓的金属片坯料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种从金属条(1)上切割具有预定轮廓(K)的金属片坯料(5)的方法，该金属条(1)在传送方向(x)被连续地输送，所述方法包含以下步骤：提供至少一个激光切割装置(2)，具有在传送方向(x)和与其垂直延伸的y‑方向上均可移动的至少一个激光切割头(L1，L2，L3)，以及用于控制所述激光切割头(L1，L2，L3)以按照控制程序产生所述预定轮廓(K)的移动的控制装置，通过在激光切割装置(2)的上游设置路径测量设备，连续地测量与传送方向(x)一致的金属条(1)的路径(ΔX)，通过所述控制程序使用所述路径测量设备提供的测量的路径值，动态地计算至少一个激光切割头(L1，L2，L3)的移动。

Description

用于切割具有预定轮廓的金属片坯料的方法
技术领域
本发明涉及一种用于从金属条上切割具有预定轮廓的金属片坯料的方法，该金属条在传送方向上被连续地输送。
背景技术
这种类型的方法例如从WO 2009/105608 A1已知。该已知的方法提供了具有多个激光切割头的激光切割装置，该激光切割头通过控制设备在传送方向和与其垂直延伸的y-方向上可分别移动，使得具有预定轮廓的金属片坯料可以从该金属条上被切割。在该已知的方法中，该金属条在传送方向上在输送带上被引导。它还被处于该输送带的起始部分的第一压辊对和处于该输送带的末端的第二压辊对引导。压辊对的移动使得该金属条以张紧的方式保持在该输送带上。为了产生张力，必须以高于输送带或在该输送带的初始处设置的第一压辊对的速度，驱动设置在该输送带的末端处的第二压辊对。已知的方法在传送方向上传送该金属条的过程中，具有不期望的速度波动。该速度波动可能尤其由条厚度的变化或由该金属条的表面条件，以及与在压辊和/或输送带之间的摩擦连接相关的不可预测的破裂引起。因此，在轮廓切割的生产中可能具有不理想的偏差。由该已知的方法生产的金属片坯料不是总具有预定的轮廓。有瑕疵的金属片坯料必须返工或报废。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点。尤其是，明确了尽可能简单和经济的方法，可从金属条中生产具有改进的精度具有特定轮廓的金属片坯料，该金属条在传送方向上被连续地输送。
本目的通过特征：一种从金属条(1)上切割具有预定轮廓(K)的金属片坯料(5)的方法，所述金属条(1)通过传送设备在传送方向(x)被连续地输送，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个激光切割装置(2)，具有在传送方向(x)和与其垂直延伸的y-方向上均可移动的至少一个激光切割头(L1，L2，L3)，以及提供具有控制程序的控制设备，所述控制程序用于计算对应于预定轮廓(K)的切割路径(S)并用于控制所述激光切割头(L1，L2，L3)沿所述切割路径(S)的移动，
通过在所述激光切割装置(2)的上游设置路径测量设备，连续地测量对应于所述传送方向(x)的所述金属条(1)的路径(ΔX)，
使用由所述路径测量设备提供的所述测量的路径值调节所述传送设备的速度(v2)，以保持所述金属条的实际速度(v1)在所述金属条(1)的预定目标速度(v3)的区域中，
通过所述控制程序并使用所述测量的路径值，连续地计算所述激光切割头(L1，L2，L3)的所述切割路径(S)，以及
沿所述切割路径(S)移动所述激光切割头(L1，L2，L3)，使得所述金属片坯料(5)按照所述预定轮廓(K)被切割实现。
本发明的有利的实施方式将由特征：其中所述切割路径(S)的连续计算是实时进行的；
其中，为了计算所述切割路径(S)，在所述传送设备的目标速度(v3)的基础上计算初始值，并且其中所述初始值随后使用测量的路径值校正；
其中所述路径测量设备包括至少一个路径记录器(4，6，7)；
其中所述路径测量设备包括多个路径记录器(4，6，7)，其中用第一路径记录器测量在所述激光切割装置(2)的上游的所述金属条(1)的第一路径，用第二路径记录器测量在所述激光切割装置(2)的下游的所述金属条(1)的第二路径；
其中所述路径测量设备包括多个在所述激光切割装置(2)的上游设置的路径记录器(4，6，7)，其中通过所述第一路径记录器(4)在所述金属条(1)的上侧测量所述第一路径，通过第三路径记录器在所述金属条(1)的下侧测量第三路径；
其中所述路径测量设备包括第四路径记录器(7)，在传送方向(x)依次布置的两个激光切割头之间测量所述激光切割装置(2)内的所述金属条(1)的第四路径；
其中所述路径测量设备包括至少一个光学的和/或机械的路径记录器(4，6，7)展现。
根据本发明，提出了一种用于切割具有预定轮廓的金属片坯料的方法，该金属条在传送方向上连续地被输送，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个激光切割装置，所述激光切割装置具有在传送方向和与其垂直延伸的y-方向上均可移动的至少一个激光切割头，以及提供具有控制程序的控制设备，该控制程序用于计算对应于该预定轮廓的切割路径和用于控制该激光切割头沿切割路径的移动。
通过设置在该激光切割装置的上游设置路径测量设备，连续地测量在传送方向上的该金属条的路径，以及
通过控制程序使用该路径测量设备提供的测量的路径值，连续地计算该激光切割头的切割路径。
沿该切割路径移动激光切割头，使得该金属片坯料按照预定的轮廓切割。
根据本发明提出的方法出奇的简单，并且使具有预定轮廓的金属片坯料的生产具有改进的精度。与现有技术相反，根据本发明的用于实施该方法的装置，在输送带的起始处和末端区域中的压辊对可以被省略。从在金属条内发生质量波动的角度，另外所提出的方法尤其是对该片状金属条的表面条件和/或厚度的变化是更加不敏感的。
有利地是，测量的路径值为在预定周期Δt内的金属条的路径Δx。该测量的路径值在与预定周期Δt对应的周期率下测定，并被传输到该控制程序进行处理。所述周期率为至少100Hz，优选至少500Hz，特别优选至少1kHz。
在本发明的意义内，该切割路径是“连续地计算的”。换句话说，定义切割路径的位置坐标是按照预定的周期率连续地计算的。所述计算是在激光切割头的移动过程中进行的。在金属条的传送过程中的任何速度波动可因而尤其快速并可靠地得到补偿。该激光切割头沿切割路径以加速或延迟的方式移动或以恒定速度移动。该激光切割头有时不移动也是可以的。
因为，根据本发明，金属条涵盖的路径是直接在金属条处连续地测量的，且至少一个激光切割头的移动是基于测量的路径值连续地计算的，速度波动可以被立即识别，并且可以安全且可靠的避免在轮廓切割的生产中引起的误差。
根据有利的实施例，切割路径的连续计算是实时进行的。为了这个目的，控制程序在具有实时操作系统的过程计算机上运行。
该金属条通过传送设备在传送方向上连续地移动。该传送设备可以为，例如，辊矫平机(roller leveling machine)，将从线圈中解开的金属条送入激光切割装置。可通过调节设备的方式调节由辊矫平机产生的传送速度。它可以与预定的目标速度对应。除了上述辊矫平机，金属条当然也可以由其他传送设备在传送方向输送，例如传送辊，输送带等。
根据本发明的特别有利的实施例，为了计算切割路径，初始值是基于传送设备的目标速度计算的，并且该初始值随后用测量的路径值校正。因此可以节省操作时间，并且可以更快速地实施根据本发明的方法。如果由于中断而没有得到测量的路径值，激光切割头的移动也可基于控制程序的可用初始值进行。在这种情况下，轮廓确实具有降低的精度。尽管如此，在这种情况下，该金属片坯料的进一步生产和/或该装置的调控停机是可能的。
根据本发明的进一步有利的实施例，该路径测量设备包括至少一个路径记录器。该路径测量设备还可包括多个路径记录器，其中用第一路径记录器测量在激光切割装置的上游的金属条的第一路径，用第二路径记录器测量在激光切割装置的下游的金属条的第二路径。该第一和第二路径的测量允许更准确和更快的连续测量，尤其是使用具有在传送方向上依次设置多个激光头的激光切割装置。
路径测量设备可包括多个在激光切割装置的上游设置的路径记录器，其中该第一路径通过第一路径记录器在金属条的上侧测量，并且第三路径通过第三路径记录器在该金属条的下侧测量。换句话说，金属条的路径可以在其上侧和其下侧的基本相同的点处同时测量。通过在第一和第三路径之间形成平均值，可以尤其精确地确定该金属条的路径。提出的方法是更加充分的。当第一或第三路径记录器发生故障时，仍可提供测量的路径值用于至少一个激光切割头的切割路径的连续计算。
根据本发明的进一步的实施例，所述路径测量设备包括第四路径记录器，在传送方向依次布置的两个激光切割头之间测量激光切割装置内的金属条的第四路径。使用第四路径记录器测量激光切割装置内的金属条的第四路径。这使得例如在第四路径记录器的下游设置的激光切割头的切割路径的连续计算特别准确。
路径测量设备可包括至少一个光学和/或机械的路径记录器。该机械路径记录器可简便地为放置在金属条的上侧或下侧的测量轮。
当然也有可能，在使用路径测量设备确定的测定的路径值的基础上，连续地确定金属条的实际速度。实际速度值也可用于计算和/或校正切割路径。
根据进一步的有利的实施例，测量的路径值用以调节在传送方向上用于传送金属条的传送设备的速度。传送设备通常具有调节器，其调节金属条的传送速度。为了这个目的，测量传送设备的辊的旋转速度，并与目标值比较。然而，由于在金属条和传送辊之间的滑动(slip)，金属条的实际速度可小于用传送设备产生的目标传送速度。因为，根据有利的实施例，该测量的路径值用以调节传送设备的速度，该金属条的传送速度在目标传送速度的区域中保持高精度。
附图说明
本发明的示范性实施例将在此后参照附图进行更详尽的说明，其中：
图1显示了用于实施该方法的第一装置的示意平面图，
图2显示了用于实施该方法的第二装置的示意平面图，
图3显示了用于实施该方法的第三装置的示意平面图，以及
图4显示了通过第一方法变体的随时间推移的金属条的速度，以及
图5显示了通过第二方法变体的随时间推移的金属条的速度。
附图标记列表
1 金属条
2 激光切割装置
3 舱室
4 第一路径记录器
5 金属片坯料
6 第二路径记录器
7 额外的路径记录器
A 初始位置
A1 第一工作范围
A2 第二工作范围
A3 第三工作范围
K 轮廓
K1 轮廓部分
L1 第一激光切割头
L2 第二激光切割头
L3 第三激光切割头
P1 初始阶段
P2 操作阶段
S 切割路径
v1 实际速度
v2 传送设备的速度
v3 目标速度
x 传送方向
x1,y1 第一位置坐标
x2,y2 第二位置坐标
x3,y3 第三位置坐标
y 垂直于传送方向的方向
ΔX 金属条的路径
Vband 金属条的速度
具体实施方式
图1至图3示意性地示出根据本发明的用于实施该方法的装置。用附图标记1表示的金属条例如从线圈(此处未示出)解开，并通过传送设备(此处未示出)的方式在传送方向或x-方向传送。如此，金属条1通过激光切割装置2被引导，其由不透光的舱室3限定。激光切割装置2包括多个激光切割头L1、L2和L3。第一激光切割头L1和第二激光切割头L2具有第一工作范围A1和第二工作范围A2。中心线M延续通过激光切割装置2。该第一和第二工作范围A1、A2在x-方向具有大致相同的延伸。它们在x-方向并排设置。第三激光切割头L3位于第一工作范围A1和第二工作范围A2的下游并具有第三工作范围A3。第三工作范围A3可在y-方向延伸，大约对应于第一工作范围A1和第二工作范围A2在y-方向的延伸之和。激光切割头L1、L2和L3分别安装于在x-方向可移动的板上(此处未示出)，其跨越各自的工作范围A1、A2和A3。该头部在y-方向上在各自的板上是可移动的。每个激光切割头L1、L2和L3通过按照预设控制程序的控制设备的方式分别移动。
附图标记4表示第一路径记录器，其布置在中心线M的区域中的激光切割装置2的上游。这可为机械的路径记录器，具有测量轮以摩擦配合方式放置在皮带的上侧。可以从旋转的角度和测量轮的直径确定金属条1涵盖的路径。
附图标记5表示金属片坯料，其将要通过激光切割装置2的方式从金属条1以预定轮廓K被切割。
有利地是，轮廓K通过多个相互配合的轮廓分切产生。每个轮廓分切用激光切割头L1、L2或L3之一产生。用于产生轮廓分切的激光切割头L1、L2和L3的必要的切割路径S通过所述控制程序的方式计算。
图1中，附图标记K1表示轮廓部分。为了产生轮廓部分K1，轮廓部分K1的第一位置坐标x1、y1和第二位置坐标x2、y2被存储在控制程序中。第一路径记录器4提供的测量的路径值被传输到控制程序。控制程序此时例如基于向量加法和进一步位置坐标进行连续地计算，一起形成切割路径S。当计算进一步位置坐标时，应考虑每种情况下在各自周期过程中的在传送方向x上的跨金属条1的路径ΔX的移动。切割路径S在第三位置坐标x3、y3处终止。值x2和x3之间的差对应于在切割路径S的产生过程中在传送方向x上金属条1涵盖的路径。
图2中所示的第二装置，第二路径记录器6在激光切割装置2的下游设置。因此可在激光切割装置2的下游测量金属条1的第二路径。这使得可从例如第一和第二路径形成平均值，并因此以更精确的方式确定周期过程中金属条1的路径ΔX。
在如图3所示的示意性实施例中，额外的路径记录器7设置在传送方向x上依次布置的工作范围A1、A2和A3之间的激光切割装置2内。该额外的路径记录器7直接布置在第三工作范围A3前方。因此，在使用第三激光切割头L3制成轮廓分切前，可对金属条1的路径ΔX进行特别精确的测量。
从上述说明尤其清楚，每个周期的涵盖的金属条1的路径ΔX的精确信息是精确产生轮廓K的产生所必需的。即使在传送设备如辊矫平机的目标速度给出的“目标路径”和由金属条1实际涵盖的路径之间存在小偏差，也会导致无法观测到轮廓部分K1的预定第二位置坐标x2、y2。因此，改变了金属片坯料5的整个轮廓K.
使用路径记录器4、6和7测量的金属条1涵盖的路径优选通过控制程序实时处理。换句话说，在切割过程中，可以改变使用控制程序计算的切割路径S。
图4显示了金属条1随时间的实际速度。金属条1的实际速度v1由点线再现。此外，传送设备的速度v2在图4中用短划线示出。实线表明金属条1的理想目标速度v3。
图4中的“初始阶段”由附图标记P1表示，在此期间，金属条1加速。附图标记P2表示“操作阶段”，在此期间，金属条1以目标速度v3传送。
由图4可以看出，金属条1的实际速度v1是波动的。在操作阶段P2，它额外地持续低于目标速度v3。在操作阶段P2过程中，目标速度v3和实际速度v1的差异是由传送设备中的金属条1的滑动引起的。
金属条1的实际速度v1与目标速度v3的偏差很大程度上可通过本发明中提出的路径测量的方式补偿。
与图4类似，图5显示了随时间推移的上述速度。在此处所示的方法变体中，按照本发明记录的测量的路径值在控制电路中用作控制变量用于调节传送设备的速度。因此可以在很大程度上补偿在传送设备和金属条1之间的滑动。在操作阶段p2过程中，金属条1的实际速度v1可以因此被保持在预定速度v3的区域中。在这种情况下，金属条1的实际速度v1与目标速度v3偏差要小得多。用所提出的方法变体，各自切割路径S必须在小范围改变。因此，轮廓K具有改善的精度。此外，该方法也可以在金属条1的更高的传送速度下进行。

Claims (8)

1.一种从金属条(1)上切割具有预定轮廓(K)的金属片坯料(5)的方法，所述金属条(1)通过传送设备在传送方向(x)被连续地输送，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个激光切割装置(2)，具有在传送方向(x)和与其垂直延伸的y-方向上均可移动的至少一个激光切割头(L1，L2，L3)，以及提供具有控制程序的控制设备，所述控制程序用于计算对应于预定轮廓(K)的切割路径(S)并用于控制所述激光切割头(L1，L2，L3)沿所述切割路径(S)的移动，
通过在所述激光切割装置(2)的上游设置路径测量设备，连续地测量对应于所述传送方向(x)的所述金属条(1)的路径(ΔX)，
使用由所述路径测量设备提供的所述测量的路径值调节所述传送设备的速度(v2)，以保持所述金属条的实际速度(v1)在所述金属条(1)的预定目标速度(v3)的区域中，
通过所述控制程序并使用所述测量的路径值，连续地计算所述激光切割头(L1，L2，L3)的所述切割路径(S)，以及
沿所述切割路径(S)移动所述激光切割头(L1，L2，L3)，使得所述金属片坯料(5)按照所述预定轮廓(K)被切割。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述切割路径(S)的连续计算是实时进行的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了计算所述切割路径(S)，在所述传送设备的目标速度(v3)的基础上计算初始值，并且其中所述初始值随后使用测量的路径值校正。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述路径测量设备包括至少一个路径记录器(4，6，7)。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述路径测量设备包括多个路径记录器(4，6，7)，其中用第一路径记录器测量在所述激光切割装置(2)的上游的所述金属条(1)的第一路径，用第二路径记录器测量在所述激光切割装置(2)的下游的所述金属条(1)的第二路径。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述路径测量设备包括多个在所述激光切割装置(2)的上游设置的路径记录器(4，6，7)，其中通过所述第一路径记录器(4)在所述金属条(1)的上侧测量所述第一路径，通过第三路径记录器在所述金属条(1)的下侧测量第三路径。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述路径测量设备包括第四路径记录器(7)，在传送方向(x)依次布置的两个激光切割头之间测量所述激光切割装置(2)内的所述金属条(1)的第四路径。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述路径测量设备包括至少一个光学的和/或机械的路径记录器(4，6，7)。
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