CN106660169A - 用于在激光加工工件时求取间距修正值的方法和相应的激光加工机 - Google Patents

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Abstract

在一种用于求取在激光加工工件(6)时布置在激光加工头(3)上的激光加工喷嘴(8)和工件(6)之间的额定间距的间距修正值(ΔA)的方法，其中，在激光加工时电容式地测量沿着额定运动轨迹运动的激光加工喷嘴(8)与工件(6)的间距(A)并且将该间距调节到修正后的额定间距，根据本发明，以激光加工喷嘴(8)以及以取代所述激光加工喷嘴(8)地布置在所述激光加工头(3)上的测量头(11)分别在预给定一个额定间距的情况下走过所述工件(6)并且在此确定所述激光加工喷嘴(8)走过的运动轨迹，该测量头具有比激光加工喷嘴(8)小的电容测量横向灵敏性。由以激光加工喷嘴(8)和以测量头(11)确定的运动轨迹求取在激光加工工件(6)时激光加工喷嘴(8)的额定间距的沿着额定运动轨迹的间距修正值(ΔA)。

Description

用于在激光加工工件时求取间距修正值的方法和相应的激光 加工机
技术领域
本发明涉及一种用于求取在激光加工工件时布置在激光加工头上的激光加工喷嘴和工件之间的额定间距的间距修正值的方法，其中，在激光加工时电容式地测量沿着额定运动轨迹运动的所述激光加工喷嘴与所述工件的间距并且将该间距调节到修正后的额定间距，本发明还涉及一种适用于实施所述方法的激光加工机。
背景技术
在激光加工工件时激光射束的焦点位置与激光加工喷嘴和工件之间的间距处于直接关联中，激光射束与过程气体一起从所述激光加工喷嘴射出。因此，连续监测喷嘴与工件的间距并且调节到固定地预给定的额定间距，其方式是，在激光加工期间使激光加工头向工件运动或从工件离开地运动。对于最佳的切割结果，喷嘴间距的±0.5mm的偏差仍可接受地被容忍。
激光加工喷嘴和工件之间的间距测量通常电容式地进行，其方式是，测量导电的激光加工喷嘴和导电的工件之间的电容并且由此根据特征曲线求取喷嘴间距。该特征曲线，即所测电容和所属的喷嘴间距之间的明确关系，借助平坦的板材记录。但在三维工件上，内角部和外角部导致与所述特征曲线的偏差并从而导致对喷嘴间距的测量带有误差，由此例如对激光器切割的品质有负面影响。该系统问题迄今借助额定间距的修正值来解决，该修正值人工地以高时间耗费通过实践经验求取并且必须加入到或者说适配于工件的数控程序的相应位置。
由WO 2012/022718 A1已知对激光加工喷嘴与工件的间距的电容式测量。为了建立电容和喷嘴间距之间的明确关系，记录平坦的工件的特征曲线。如果工件的几何形状沿着整个额定运动轨迹并非是恒定的，则间距信号也随着工件几何形状变化，这会导致对喷嘴间距的确定不精确。描述了不同的喷嘴几何形状，这些喷嘴几何形状具有小的电容测量横向灵敏性，以便减小工件几何形状对间距信号的影响。
发明内容
相对而言，本发明的任务在于：改进开头提到的类型的方法，使得能尽可能简单地并且没有大的时间耗费地求取间距修正值，以及提供一种适用于实施该方法的激光加工机。
根据本发明，该任务以下述方式解决：以激光加工喷嘴以及以替代该激光加工喷嘴地布置在激光加工头上的测量头分别在预给定一个额定间距的情况下走过工件并且在此确定激光加工喷嘴所走过的运动轨迹，所述测量头与激光加工喷嘴相比具有较小的电容测量横向灵敏性；并且由以激光加工喷嘴和以测量头确定的运动轨迹求取在激光加工工件时激光加工喷嘴的额定间距的沿着额定运动轨迹的间距修正值。优选，激光加工喷嘴和测量头以相等的额定间距走过工件。
根据本发明，通过既以测量头也以真正的激光加工喷嘴走过工件，但在预给定未修正的、固定地预给定的额定间距的情况下，分别根据测量头和激光加工喷嘴所走过的运动轨迹确定工件形貌。因为测量头与激光加工喷嘴相比具有较小的电容测量横向灵敏性，所以：与激光加工喷嘴的间距信号不同，测量头的间距信号不受工件几何形状影响。因此，测量头的间距沿着走过的整个运动轨迹始终相应于预给定的额定间距，而激光加工喷嘴的间距在内角部和外角部的情况下显著地大于预给定的额定间距。因此，测量头比激光加工喷嘴更适合于与几何形状无关地精确保持激光加工喷嘴与工件之间的间距。
即，以测量头的较高的间距测量精确度走过额定运动轨迹一次并且以激光加工喷嘴的较低的间距测量精确度走过额定运动轨迹一次，其中，由走过的运动轨迹的差算出为保持额定间距所需的、用于激光加工喷嘴运动轨迹的(局部的)间距修正值。在加工一系列的同样的构件时，考虑所述间距修正值并从而使工件与激光加工喷嘴之间的额定间距在比迄今小的误差范围内保持恒定。
通过本发明尤其可获得以下优点：
-节约用于设置构件的时间；
-操作者对过程的认知需要得较少；
-减小了由于自动化造成的误差源；
-实现对激光加工重要的最小件数。
优选，所述测量头构造为测量尖，该测量尖在面向工件的测量端部处的直径小于激光加工喷嘴的在面向工件的喷嘴端部处的喷嘴直径。测量尖的杆或者由不导电的材料包围或者被接地的屏蔽件包围，以便减小电容测量的横向灵敏性。
特别优选，针对待加工的工件类型将所属的用于激光加工喷嘴的额定间距的沿着额定运动轨迹的间距修正值作为修改后的额定间距采用到用于激光加工工件的数控程序中。如果根据走过的运动轨迹确定：在用于激光加工工件的数控程序中设定的例如1.0mm的额定喷嘴间距在工件的内角部处导致1.25mm的实际喷嘴间距，则在数控程序中将内角部处的额定喷嘴间距减小到0.75mm，这在激光加工该工件时在内角部处导致希望的1.0mm的实际喷嘴间距。
此外优选，沿着额定运动轨迹对工件的激光加工以之前在该工件上或在相同的工件上求取的间距修正值进行，由此即使在三维工件的情况下喷嘴间距也可在窄的误差范围内保持恒定。
本发明在另一方面还涉及用于激光加工工件的机器，尤其是3D激光机或孔加工机，该机器具有：布置在激光加工头上的激光加工喷嘴；间距测量装置，其用于电容式地测量激光加工喷嘴和工件之间的间距；以及机器控制装置，其用于在预给定激光加工喷嘴与工件的额定间距的情况下使激光加工喷嘴沿着额定运动轨迹运动。根据本发明，激光加工机具有一个装置，该装置根据沿着额定运动轨迹以激光加工喷嘴以及以取代该激光加工喷嘴地布置在激光加工头上的测量头分别在预给定一个额定间距的情况下在工件上已走过的运动轨迹，沿着额定运动轨迹求取激光加工喷嘴的额定间距的间距修正值。
最后，本发明还涉及一种计算机程序产品，其具有代码单元，当该程序在激光加工机的机器控制装置上运行时，该代码单元被适配用于实施上述方法的全部步骤。
本发明的其他优点由权利要求书、说明书和附图得到。之前提到的特征和之后还会举出的特征可自身单独使用或在多个特征的情况下以任意组合使用。示出的和描述的实施方式不要理解为穷举，而是仅具有用于说明本发明的示例性特征。
附图说明
附图示出:
图1适用于实施根据本发明的用于求取间距修正值的方法的激光加工机；
图2a，2b对激光加工喷嘴与平坦工件(图2a)的间距的电容式测量的电场线以及对激光加工喷嘴与三维工件(图2b)的内角部的间距的电容式测量的电场线；
图3a，3b对测量头与平坦工件(图3a)的间距的电容式测量的电场线以及对测量头与三维工件(图3b)的内角部的间距的电容式测量的电场线；以及
图4在相对于三维工件的内角部预给定相等的额定间距的情况下激光加工喷嘴和测量头所走过的运动轨迹，以及由此求取的在激光加工工件时用于激光加工喷嘴的额定间距的修正值。
具体实施方式
在图1中立体地示出为平台激光切割机的激光加工机1包括：例如实施为二氧化碳激光器，半导体激光器或固体激光器的激光射束产生器2；在X，Y和Z方向上可移动的激光加工头3；和工件支承件4。在激光射束产生器2中产生激光射束5，该激光射束借助(未示出的)光导线缆或(未示出的)转向镜从激光射束产生器2被引导到激光加工头3。激光射束5借助布置在激光加工头3中的聚焦光具对准工件(例如板材)6，该工件支承在工件支承件上4。激光加工机1还被供应以过程气体7，例如氧气和氮气。过程气体7被供应到激光加工头3的实施为切割气体喷嘴的激光加工喷嘴8，过程气体从激光加工喷嘴随激光射束5一起射出，以便切割工件6。激光加工机1还包括机器控制装置9，其用于使激光加工头3连同激光加工喷嘴8在内沿着额定运动轨迹运动。
在激光加工时连续地测量激光加工喷嘴8与工件6的间距(“喷嘴间距”)A并且将其调节到额定间距，其方式是，使激光加工头3向工件6运动或从该工件离开地运动。在激光加工头3中集成有间距测量装置10，其用于电容式地测量金属的激光加工喷嘴8和金属的工件6之间的间距A。在测量该间距时，间距测量装置10的电压源在激光加工喷嘴8和工件6之间产生预给定的电势差，使得在这两者之间形成电场E，该电场的电场线在图2a，2b中示出。图2a示出在电容式测量与平行于XY平面延伸的平坦的工件表面6a的间距时的电场线，而图2b示出在电容式测量与三维工件6的内角部6b的间距时的电场线。
视喷嘴间距A而定，电场线的位置或长度改变，从而电容改变。为了求取间距A和电容之间的关系，例如可在间距A变化且已知其大小的情况下执行电容测量，以获得表示喷嘴间距A与电容的关系的特征曲线。由此，喷嘴间距A或者在间距测量装置10自身中或者在设置在激光加工机1中的另一结构单元中根据所述特征曲线和所测的电容确定。为了在校准间距测量装置10时获得电容和喷嘴间距A之间的明确关系，为确定所述特征曲线而典型地使用在图2a中示出的平坦工件6。但如果工件6的几何形状如图2b所示的那样在整个加工期间并不是恒定的，则通过激光加工喷嘴8测量的间距信号由于电场E的横向延伸尺度、即由于电容测量的横向灵敏性不仅随着喷嘴间距A改变，而且也随着工件几何形状改变。因此，在三维工件的情况下，激光加工喷嘴8和工件6之间的额定间距并非在窄的误差范围内保持恒定。该系统问题可借助额定间距的修正值解决，所述修正值被加入或被适配于工件6的数控程序的相应位置。
为了求取间距修正值ΔA，如图4所示的那样，以激光加工喷嘴8自身也以取代激光加工喷嘴8地布置在激光加工头3上的测量头11(图3a，3b)分别在预给定例如1.0mm的相同额定间距的情况下走过工件6并且在此确定分别走过的运动轨迹并从而确定激光加工喷嘴8的实际间距和测量头11的实际间距，所述测量头与激光加工喷嘴8相比具有较小的电容测量横向灵敏性。激光加工喷嘴8沿着走过的运动轨迹的实际间距示出为以虚线表示的曲线121，而测量头11沿着走过的运动轨迹的实际间距示出为以实线表示的曲线122。
如在图3a，3b中示意性地示出的那样，没有切割能力的测量头11的电场E具有较小的横向延伸尺度并从而与工件几何形状无关。测量头11可构造为测量尖，该测量尖在面向工件的测量端部处的直径小于激光加工喷嘴8的在面向工件的喷嘴端部处的喷嘴直径。
所求取的测量头11的实际间距沿着走过的整个运动轨迹为1.0mm，即相当于额定间距。所求取的激光加工喷嘴8实际间距在平坦的工件表面6a处同样为1.0mm而在内角部6b处为1.25mm，即仅在平坦的工件区域6a处相应于额定间距。例如集成到机器控制装置9中的装置12由以激光加工喷嘴8和以测量头11确定的运动轨迹求取在激光加工工件6时用于激光加工喷嘴8沿着额定运动轨迹的额定间距的间距修正值ΔA。在当前例子中，针对内角部6b求取的间距修正值ΔA为-0.25mm，以便修正数控程序中所包含的额定间距。由此，在激光加工所述工件6或相同的工件时则产生1mm的喷嘴间距A，该喷嘴间距沿着所走过的整个额定运动轨迹在窄的误差范围内保持恒定。
取代于由实际间距的差值进行求取，所述间距修正值ΔA也可由“在以激光加工喷嘴8以及以测量头11走过时”间距调节的设定值的差来求取。

Claims (8)

1.一种用于求取在激光加工工件(6)时布置在激光加工头(3)上的激光加工喷嘴(8)和所述工件(6)之间的额定间距的间距修正值(ΔA)的方法，其中，在进行所述激光加工时电容式地测量沿着额定运动轨迹运动的所述激光加工喷嘴(8)与所述工件(6)的间距(A)并且将所述间距调节到修正后的额定间距，
其特征在于，
以所述激光加工喷嘴(8)以及以取代所述激光加工喷嘴(8)地布置在所述激光加工头(3)上的测量头(11)分别在预给定一个额定间距的情况下走过所述工件(6)并且在此确定所述激光加工喷嘴(8)走过的运动轨迹，所述测量头(11)与所述激光加工喷嘴(8)相比具有较小的电容测量横向灵敏性；并且由以所述激光加工喷嘴(8)和以所述测量头(11)确定的运动轨迹求取在激光加工所述工件(6)时所述激光加工喷嘴(8)的所述额定间距的沿着所述额定运动轨迹的间距修正值(ΔA)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量头(11)构造为测量尖，该测量尖在面向工件的测量端部处的直径小于所述激光加工喷嘴(8)的在面向工件的测量端部处的喷嘴直径。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，针对待加工的工件类型将所属的用于所述激光加工喷嘴(8)的额定间距的沿着所述额定运动轨迹的间距修正值(ΔA)作为修正后的额定间距采用到用于激光加工所述工件(6)的数控程序中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，沿着所述额定运动轨迹对工件(6)的激光加工以之前在所述工件(6)上或在相同的工件上求取的间距修正值(ΔA)来进行。
5.一种用于激光加工工件(6)的机器(1)，具有：布置在激光加工头(3)上的激光加工喷嘴(8)；间距测量装置(10)，该间距测量装置用于电容式地测量所述激光加工喷嘴(8)和所述工件(6)之间的间距(A)；以及机器控制装置(9)，该机器控制装置用于在预给定所述激光加工喷嘴(8)与所述工件(6)的额定间距的情况下使所述激光加工喷嘴(8)沿着额定运动轨迹运动，
其特征在于，
所述激光加工机(1)具有一个装置(12)，该装置根据沿着额定运动轨迹以所述激光加工喷嘴(8)以及以取代所述激光加工喷嘴(8)地布置在所述激光加工头(3)上的测量头(11)分别在预给定一个额定间距的情况下在工件(6)上已走过的运动轨迹，沿着所述额定运动轨迹求取所述激光加工喷嘴(8)的额定间距的间距修正值(ΔA)。
6.根据权利要求5所述的激光加工机，其特征在于，所述装置(12)集成到所述机器控制装置(9)中。
7.根据权利要求5或6所述的激光加工机，其特征在于，所述装置(12)将所求取的间距修正值(ΔA)作为修正后的额定间距加入到用于激光加工所述工件(6)的数控程序中。
8.一种计算机程序产品，其具有代码单元，当该程序在激光加工机(1)的机器控制装置(9)上运行时，该代码单元被适配用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法的所有步骤。
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