CN109070354B - 射束加工机的轴校准 - Google Patents

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Abstract

在用于确定射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与射束轴线(S)的空间额定定向(S0)的偏差的方法中，以加工射束(5)从两侧在测试工件(31)中切割出轮廓区段(KA1，KB2)，其中，轮廓区段(KA1，KB2)平行于要校准的旋转轴(B，C)的额定定向延伸。通过测量器件从一侧探测、尤其是触碰检测轮廓区段(KA1，KA2)，用于确定轮廓区段(KA1，KB1)的空间方位，并且基于轮廓区段(KA1，KB1)的空间方位来确定射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与空间额定定向(S0)的偏差。

Description

射束加工机的轴校准
技术领域
本发明涉及一种用于定位射束加工机的射束轴线的多轴系统，尤其是用于材料加工的5轴激光系统。此外，本发明涉及一种用于这种多轴系统的旋转轴的零点调设的方法。
背景技术
在基于射束的、尤其是基于激光的机床中，射束轴线(例如激光射束轴线或电子射束轴线)的精确定位是以沿着射束传播轴到工件上的加工射束对工件进行精确加工的基础。通常，机床为此具有平移系统和旋转系统，其允许加工射束相对于待加工工件的精确定位和定向。例如，在所谓的5轴激光系统中，为射束轴线提供三个正交平移运动和两个旋转运动。此外，相应地可以为保持的工件提供平移运动和旋转运动。
当机床开始运行时，通常进行定位系统和光路的初始调设，其中，初始调设例如适配于不同的(例如引导激光射束的)射束引导部件，例如加工光具。在机床相应调准的情况下，则机床的射束轴线的空间定向相应于射束轴线的期望空间定向(额定定向)。用于各种调节机构、例如步进电机和驱动盘的相应控制参数——在此也称为加工参数——存储在控制装置、例如数控装置中。由于在机床运行期间可能发生错位，因此可能需要补充调准加工参数。错位例如是由于加工光具与工件的碰撞造成的。
DE 10 2007 063 627 A1公开了一种用于确定喷嘴中心性(Mittigkeit)的方法。在该方法中，首先用喷嘴体然后用激光射束触碰框架。通过比较这些值，可以确定激光射束相对于喷嘴开口的方位。此外，JP 6328281公开了切割圆孔，然后用喷嘴触碰检测该圆孔以确定喷嘴中心性。
发明内容
本发明一方面的任务是提出一种方法，该方法允许至少部分自动调节旋转轴。
至少其中一个任务通过根据本发明的方法和根据本发明的用于材料加工的装置来解决。本发明还提出扩展方案。
在一方面，本发明的方法包括确定射束加工机的射束轴线的空间定向与射束轴线的空间额定定向的偏差，其中，射束加工机具有要校准的旋转轴和测量器件，接着的步骤是：以加工射束从两侧在测试工件中切割出轮廓区段，其中，轮廓区段平行于要校准的旋转轴的额定定向延伸；利用测量器件从测试工件的一侧探测轮廓区段，以求取轮廓区段的空间方位；并且基于轮廓区段的空间方位在与额定方位值进行比较的情况下确定射束加工机的射束轴线的空间定向与空间额定定向的偏差，所述额定方位值配属于在额定定向情况下的切割。
在另一方面，本发明的方法涉及确定射束加工机的射束轴线的空间定向与射束加工机的射束轴线的空间额定定向的偏差，用于以沿着射束轴线引导的加工射束来加工工件。射束加工机尤其构造成用于保持板状测试工件，该板状测试工件具有两个表面，这两个表面基本上由共同的面法向限定，射束加工机包括：至少一个平移轴，用于产生测试工件和射束轴线之间的平移运动；至少一个旋转轴，该旋转轴具有至少180°的旋转范围，用于射束轴线在绕所述至少一个旋转轴的额定定向的角度位置方面定向；和，测量元件。该方法包括以下步骤：
-提供在保持位置中的测试工件，在保持位置中，射束轴线的额定定向可以分别沿着面法向在第一角度位置和相对于第一角度位置旋转180°的第二角度位置定向，用于加工测试工件，
-将射束轴线定位在第一方位，在该第一方位，射束轴线的额定定向处于第一角度位置并且加工射束被引导到所述表面中的一个表面上，
-通过加工射束以平行于旋转轴的额定定向延伸的前侧轮廓区段执行第一轮廓切割，
-将射束轴线定位在第二方位，在第二方位中，射束轴线的额定定向位于第二角度位置并且加工射束指向所述表面中的另一表面，
-通过加工射束以平行于旋转轴的额定定向延伸并从而平行于前侧轮廓区段延伸的后侧轮廓区段执行第二轮廓切割，
-在工件上形成至少一个邻接在前侧轮廓区段和/或后侧轮廓区段上的空缺部，
-通过测量元件以相同角度位置触碰检测前侧轮廓区段和后侧轮廓区段，以求取前侧轮廓区段的空间方位和后侧轮廓区段的空间方位，以及
-基于前侧轮廓区段的空间方位和后侧轮廓区段的空间方位，导出射束加工机的射束轴线的空间定向与空间额定定向的偏差。
在另一方面，一种用于加工工件的射束加工机具有用于定位工件、尤其是测试工件的工件保持件，以及用于提供沿射束轴线引导的加工射束的射束引导系统。所述射束加工机具有至少一个平移轴，用于产生在测试工件和射束轴线之间的平移运动，并具有至少一个旋转轴，该旋转轴具有至少180°的旋转范围，用于将射束轴线在绕至少一个旋转轴的额定定向的角度位置方面定向。此外，所述射束加工机具有用于触碰检测切割边沿的测量元件和用于执行上述方法的控制装置。
附图说明
在此公开了以下方案，所述方案允许至少部分地改进现有技术的某些方面。尤其可由在后面根据附图对实施例的描述得到其他特征和其目的。
附图示出：
图1用于机床的5NC轴系统的坐标系的示意性空间图示；
图2具有加工头的射束供应系统中的示例性光路的示意性侧视图；
图3用于说明根据在此公开的方案的BC修正的示例性流程的示意性流程图。
图4示例性的测量喷嘴的3D视图；
图5用于说明利用机床的示例性切削过程的示意图，
图6A-C用于说明射束轴线的错误走向的示意图；
图7用于说明示例性前侧切割过程的示意图；
图8用于说明示例性后侧切割过程的示意图；
图9用于说明示例性触碰检测过程的示意图；
图10A-10C示例性切割轮廓的示意图；和
图11具有至少两对相对置的轮廓区段的示例性切割轮廓的示意图。
具体实施方式
在这里描述的方面部分地基于以下认知：射束加工机(例如基于激光的机床)的运动设置工作可以部分地自动化，尤其是在测量喷嘴的帮助下，该测量喷嘴可以至少在某种程度上切割。这尤其涉及B轴和/或C轴的校准以及喷嘴中心性确定。
此外，在这里公开的方案基于以下方面：通过对射束和测量喷嘴之间的同轴偏移的、计算出的和/或由测量方法产生的补偿可使得能实现测试切割路径、例如一测试矩形的边沿的精确测量。已认识到，这样的方案可以使得能利用轴冗余来确定可能存在的运动误差。在需要时可以在数控措施的范畴内纠正确定的运动误差。
这里描述的做法尤其涉及具有五个可数字控制(NC)的轴的机床，其中，通常可以集成其他NC轴。工件加工例如利用沿期望切割路径引导的激光射束执行。
通常，5轴激光机的运动几何形状在数学上存储在机器控制装置中。尤其地，与理想情况的偏差被存储为焦点的偏移尺寸，焦点在这里也称为TCP(工具中心点)。这可以例如基于一个或多个取向轴的零位来完成，用于存储在控制装置中的在工件参考系统和机器参考系统之间的变换。
在这里公开的方案可以例如使得能实现用于确定偏移尺寸和校准取向轴的半自动调设过程，以便求取和保证TCP在空间上的精确位置。基于所提出的方案，还可以识别激光射束相对于加工喷嘴的位置，并且优选地，可以调设激光射束相对于加工喷嘴的同心度。调设过程也还可以在使用加工光具上的致动器的情况下以全自动方式实施。这可以通过例如射束导管的移动以及聚焦透镜在加工光具内的定位来执行。
为了表明NC轴，图1示出了机器参考系统，具有X轴、Y轴和Z轴，X轴用于例如悬臂沿着机体的水平移动运动，Y轴用于例如Y滑座的水平移动运动，Z轴用于例如Z套筒的竖直移动运动。
此外，在图1中表示出加工光具绕Y轴、即所谓的B轴的可能的枢转运动。通常的枢转角度在例如±135°的范围内。此外，在图1中表示出加工光具绕Z轴、即所谓的C轴的可能的旋转运动。C轴可以允许加工光具的单次或多次旋转。例如，在5轴激光机TruLaser Cell7000中，这种运动可能性提供了用于二维或三维切割和焊接的、高度灵活的系统。
在C轴的图1所示的零位中，B轴沿Y轴延伸。在机器参考系统的所示情况下，X、Y和Z轴的路线信息涉及关于旋转点1的坐标，旋转点1位于B轴与C轴的交点处。例如，一角度传动装置提供围绕B轴和C轴的旋转。
为了完整起见，图1还显示了用于夹紧的工件的示例性运动轴。A1工件轴允许工件在左工作区域中的旋转运动，A2工件轴允许工件在右工作区域中的旋转运动。工件例如可以水平或垂直夹紧。例如，平移轴X，Y和Z中的一个或多个也可以通过移动工件来实现。
图2示出了B轴和C轴的示例性实施方式，其具有两个角度调设单元(未示出)，用于从加工头11射出的射束轴线S的定位和定向。可以看到沿Z轴延伸的C轴、旋转点1和在绘图平面中从左向右延伸的B轴。如果C轴在零位，则B轴如图1所示沿Y轴延伸。图2的零位通常用角度控制参数(B0，C0)描述，即对于B轴和C轴而言，对于从零位开始的旋转不存在旋转角度(0°)。
在理想情况下，光路沿着C轴沿着射束引导单元11A延伸到第一偏转单元11B中。在第一偏转镜13上的旋转点1处，光路偏转到B轴并进入第二偏转单元11C。在第二偏转镜15上的点2处，光路第二次偏转，并且可通过最终聚焦元件和固定在第二偏转单元11C上的加工喷嘴17延伸至焦点3，焦点3事先也称为TCP(工具中心点)。光路的最后区段限定了用于工件加工的射束轴线S。加工喷嘴17例如可以是用于机床的相应加工模式的切割、焊接或多功能喷嘴。
在图2中，光路沿Z/C轴用箭头5A表示、在旋转点1和点2之间用箭头5B表示、沿(理想)射束轴线用箭头5C表示。假设理想的调准，则偏转镜的偏转分别以90°进行。箭头5A-5C示出了理想地沿Z/C轴耦入的激光射束的传播。
借助其中一个角度调设单元，第一偏转镜13可绕Z轴旋转并提供C轴的自由度，其中，旋转点1(假设理想调准)保持静止。第二偏转镜15随着第一偏转镜13一起旋转。第二偏转镜也构造成可借助其中一个角度调设单元旋转，以提供B轴的自由度。假设理想调准，则点2在仅绕B轴旋转期间保持静止。
在B轴和C轴的图2所示的零位处，TCP 3关于旋转点1沿着Y轴在距离Y0处并且沿着Z轴在距离Z0处。
B轴和C轴的角度调设单元的驱动马达例如是带绝对编码器的马达。这些马达在启动时通常以0°的绝对位置为参考值。如果该参考丢失，例如在加工喷嘴17与工件碰撞之后，则必须重新为NC轴，尤其是B轴和/或C轴建立参考。
为了加工工件，将TCP 3沿预定的编程轨迹引导经过工件。运动学的几何形状在数学上存储在控制器中，使得可以针对激光射束在工件参考系统中的特定位置和取向倒推驱动器在机器参考系统中的相应的轴位置(变换)。描述相应系统的当前运动学可以借助于一组偏移尺度存储在控制器中，并且可以在变换期间考虑。
如果怀疑未调准，则可以检查B和/或C轴的位置，例如，通过走过加工喷嘴17上的参考表面，这例如以用于粗略确定和调准B轴和C轴的取向的机械千分表来进行。如果探测到与参考值有偏差，则重新调校B轴和/或C轴。此外，可以以固定的时间控制间隔对B轴和/或C轴进行重新校准。
参考图3至9，在下文中描述了示例性的(半)自动的B和/或C校准，用于调设角度控制参数、尤其是BC轴的零位。然后，图10和11示例性地示出了可用于B和/或C校准的切割轮廓。
BC校准允许调设B轴和C轴的驱动器的绝对位置。使用B轴校准作为示例更详细地解释校准。通常，这里提出的校准方案也可以仅应用于一个旋转轴(例如，B轴或C轴)。
BC校准包括前侧(前侧面)切割过程(图3中的步骤101V)和后侧(后侧面)切割过程(步骤101R)，接着是触碰检测过程(步骤103)、分析处理(步骤105)、并且可选地接受新的零点参数(步骤107)。
校准是基于对事先在测试工件上从两侧执行的切出所进行的(从一侧执行的)触碰检测。为了确保可以容易地处理触碰检测测量值，喷嘴在空间触碰检测区域中的几何形状是预先给定的输入参数。例如可以由测量喷嘴代替加工喷嘴17，或者将测量喷嘴附件安装在加工喷嘴17上，或者可以相应地实施加工喷嘴17的几何形状。通常，喷嘴/测量喷嘴的几何形状作为对数据加工而言要考虑的信息存在或可借助喷嘴的RFID读取。切割过程的前提尤其是：加工射束不触碰喷嘴并且相应地提供一定的最小射束中心性。
图4示出了示例性的测量喷嘴21，其具有有利于触碰检测过程的几何形状。测量喷嘴21构造为圆柱形，使得圆柱周面23沿着圆柱轴线以相同的径向距离R延伸。在安装状态下，加工射束在射束引导开口27中穿过测量喷嘴21，并且，圆柱轴线形成理想的射束位置25(额定定向)。圆柱周面23允许切割边沿的横向触碰检测，其中即使在沿相反方向触碰检测期间在测量喷嘴与测量平面非正交定向时，也基本上始终出现理想射束位置25相对于圆柱周面23上的接触点的相同偏移。此外，测量喷嘴21具有圆形前触碰检测表面29，该前触碰检测表面29被限定并且尤其是基本上正交于理想射束位置25延伸。前触碰检测表面可以用于粗略地确定工件的位置。还可以确定工具长度，其中，所述方法的精度会随着测量喷嘴的半径R减小。测量喷嘴21构造成有切割能力，即，它允许在例如1mm至2mm厚的板材中切出一轮廓。
距离调节例如基于电容测量。在此，在切割喷嘴(或测量喷嘴)和工件之间形成电容。所测量的电容可取决于工件表面的几何形状以及所使用的喷嘴。如果应更换喷嘴，则通常记录特征曲线，其相对于距离描述所形成的电容。由于测量喷嘴的几何形状与切割喷嘴的几何形状不同，因此通常以当前的配置状态重新记录特征曲线。应注意，切割质量可受到喷嘴和工件之间的距离的影响。由于良好的边沿质量对于精确测量至关重要，因此不适当的距离测量会对校准结果产生不利影响。
图5概括地示出了具有取向(加工参数)(B90，C0)的切割过程，这例如可以用于BC校准的前侧切割过程(步骤101V)。将测试工件31在图1所示的参考系统的YZ平面中夹紧到机床中。测试工件31的表面32A，32B相应地在(-X)方向上(即，相对于测试工件31在朝前侧31A的方向上)和(+X)方向(即，相对于测试工件31在朝后侧31B的方向上)定向并且相应地具有沿着X轴的面法向。测试工件31例如可以是厚度例如为1mm的平坦测试板材，该板材可以用测量喷嘴21切割。
图5中所示的切割过程的图示说明了理想调准的情况，即正确调设B轴和C轴的绝对位置。相应地，激光射束5正交地射到测试工件31上。图5示出了相应的理想光路35，其垂直于板状测试工件31的表面32A，32B。射束轴线S也正交于测试工件31定向。理想的光路35针对B轴和C轴的每个角度位置确保射束轴线的额定定向S0，由此额定定向S0仅由工具取向的加工参数给定。
在图5所示的C轴零位和B轴90°位置，TCP 3相对于旋转点1沿Y轴在距离Y0处并且沿X轴在距离X0处。在当前加工参数(B90，C0)情况下的距离X0对应于图2中的距离Z0。TCP 3位于测试工件31中，因此可以通过测试喷嘴21在测试工件31中切出一轮廓。为了说明，在图5中示意性地示出了聚焦到TCP 3处的激光射束5。在理想调准的情况下，激光射束5的光路按如图2所示的箭头5B，5C沿着B轴以及沿着射束轴线35延伸。
图6A至6C示出了射束轴线相对于如图5所示的理想调准而言的可能的错误走向。
图6A示出了例如C轴的角度调设单元由于触碰在工件上而运动离开原始零位的情况。在图6A中，在错误地设置C轴并且B轴90°相应旋转(图6A中用虚线表示并标记为B')的情况下，示出射束轴线的相对于B轴的沿Y方向的原始定向(图6A中点划线所示)旋转了几度的新定向。像偏转90°这样的光路和射束轴线S居中穿过测量喷嘴21不受触碰的影响，因此TCP3'在圆上沿箭头5D的方向绕旋转点1从TCP 3旋转了几度。额定定向S0——在图6A中由理想光路35示出——因此以一旋转角度偏离射束轴线S的定向。
图6B示出了这样的情况：例如由于输入射束相对于C轴的平行偏移，虽然偏转镜13,15处的90°偏转维持不变，但激光射束不再沿C轴和B轴延伸。在此，射束偏移的方向和尺寸可以(作为机械偏差和/或光学误差)取决于B轴和C轴的相应定向。由此其结果是，射束轴线S也以小的射束偏移移动，但仍平行于理想光路35延伸。图6B示出了得到的TCP 3″，其相对于TCP 3在Y方向上移位。在图6B中，还可以看到射束轴线S不再居中地穿过测量喷嘴21的射束导向开口27。替代地，镜15或聚焦光学器件的移动可以导致射束轴线S的例如近似平行的射束偏移。
如果输入射束不再平行于C轴射入，则可能引起射束轴线S相对于理想光路35的角度偏转。在围绕C轴或B轴旋转时，这导致射束轴线S绕理想光路35的所谓的射束抖动。在图6C中，对于位置C0B90和C0B-90，示出了射束轴线S相应地穿过测量喷嘴21，还示出对应的TCP 3″′，以在一个共同的图中加以说明。
射束轴线S的这种错位的求取和如果可能的话所述错位的至少部分自动的修正通过在后面描述的BC校准方法更详细地解释。在此，通过适当调设加工参数并从两侧切出(轮廓)而可能的是，在从一侧进行的触碰检测过程中获得附加信息内容。所述信息内容可用于识别可能的B和/或C未调准，从而可以对未调准进行相应地修正。
为了解释用于确定射束加工机的射束轴线S的空间定向与射束轴线(理想光路35)的空间额定定向S0的偏差的方法，下面的图7和8示例性地以C轴未调准(类似于图6A)为出发点。类似的思路和修正方法也可对例如B轴或C轴和B轴的叠加的未调准执行。
图7和图8分别示出了XY平面的俯视图(图7的左侧或图8的右侧)和测试工件31的侧视图(ZY视图)，用于示出所执行的轮廓切割(图7的右侧或图8的左侧)。
前提是：要修正的射束加工机构造成用于保持板状测试工件31。测试工件31相应地将加工空间分成前侧31A和后侧31B，前侧31A和后侧31B具有测试工件31的对应表面32A，32B(也参见图5)，前侧31A和后侧31B基本上由面法向限定。对于测试工件31板状地构造具有面平行的表面32A，32B的情况，面法向是指前侧31A或后侧31B的表面32A，32B上的面法线的取向。
本领域技术人员认识到：只要工件保持可切割，则例如也可以使用工件的稍微呈楔形的形状，因为原则上稍微呈楔形的形状也由面法向限定并且在这种情况中由楔角限定。
射束加工机还具有至少一个、例如三个平移轴，用于产生测试工件31和射束轴线S之间的3D平移运动，以及具有至少一个旋转轴，旋转轴具有至少180°的旋转范围，用于将射束轴线在围绕旋转轴的额定定向的角度位置方面定向(参见图1)。同样可以由射束加工机提供例如正交延伸的第二旋转轴。射束加工机还包括测量元件。在图7和8所示的情况下，测量元件是测量喷嘴21。
图7示出了测试工件31的选定保持位置，其中，射束轴线的额定定向(S0)可以在第一角度位置B90(如图7所示)和在相对于此旋转180°的第二角度位置B-90(如图8所示)处分别沿着面法向定向，用于加工测试工件31。即，图7和图8的布置基于围绕B轴的旋转，用于调设图7(B90，C0)和图8(B-90，C0)中的加工参数。
对于BC校准的前侧切割过程(步骤101V)，加工头11与测试喷嘴21定位成“从上方”定位在测试工件31的前侧31A上。在此，加工头11相应地以加工参数(B90，C0)定向，使得测量喷嘴21指向到测试工件31的表面32A上，并且TCP3位于测试工件31中，使得可通过测量喷嘴21在测试工件31中切出一轮廓。然而，由于C轴的错位，射束轴线S不与工件31的表面32A正交。在步骤101V的切割过程期间，加工头11保持在测试工件31的前侧31A上并走过加工轮廓。
因此，在图7中，通常将射束轴线S定位在第一方位中，在该方位中，射束轴线S的额定定向S0处于第一角度位置B90并且射束轴线S在测试工件31的前侧31A上(非正交地)指向到表面32A上。而在图8中，射束轴线S定位在第二方位中，在该第二方位中，射束轴线S的额定定向S0处于第二角度位置B-90(相对于第一角度位置绕B轴旋转180°)并且射束轴线S在测试工件31的后侧31B上(非正交地)指向到表面32B上。
在图7中，以实线示出了射束轴线S的实际定向，该实际定向由于C轴的错位而相对于额定定向稍微旋转。另外，为了在图7中说明射束轴线S的错位，射束供应和加工头11在具有射束轴线S的额定定向S0的理想调准的情况下的定位以灰色存储。
由于图7中所示的角度错位，在切割过程(步骤101V)中切出轮廓KA，其具有至少一个平行于旋转轴的额定定向(零位)延伸的前侧轮廓区段。该前侧轮廓区段由下述方式产生：在切割过程中，射束轴线S的平移运动沿着旋转轴的假定额定定向/零位执行。
根据图7右侧的ZY平面的视图，轮廓KA例如包括平行于C轴零位、即沿着Z轴延伸的两个前侧轮廓区段KA1和平行于(理想地定向的)B轴零位、即沿Y轴延伸的两个前侧轮廓区段KA2，它们在测试工件31中形成矩形切口。
由于C轴未调准，所以尽管调设到图5所示的加工参数(B90，C0)，但是射束轴线S相对于测试工件31的面法向逆时针旋转几度，即激光射束不垂直地射到测试工件31上。这导致：切割出的轮廓KA在其位置方面沿(+Y)方向移动。图7在Z-Y视图中以实线示出切割出的轮廓KA。补充地，所述矩形在理想调准情况下的(额定)位置由虚线41表示。
切出的矩形是具有两对相对置的前侧轮廓区段KA1，KA2的轮廓切割，前侧轮廓区段KA1，KA2分别平行于理想的C及B轴延伸，即平行于Z及Y轴延伸。可以看出，C轴的未调准不影响在Y方向上(即，沿着理想的B轴)延伸的轮廓区段KA2的Z位置。
在单侧产生的轮廓区段KA1，KA2的信息内容就此而言是受限的，因为它不能区分根据例如图6B的射束偏移和根据图6A的旋转位置误差。
对于在后面在图8中示出的后侧切割过程(图3中的步骤101R)-在相应的平移运动之后-带有测量喷嘴21的加工头11“从上方”定位在相对于测试工件31的后侧31B上并且射束轴线S绕B轴旋转180°，使得射束轴线S指向到测试工件31的表面32B上并且TCP 3位于测试工件31中。这意味着，对于BC校准的步骤101R，加工头以加工参数(B90，C0)定向。在此，以从测量喷嘴21射出的加工射束5在测试工件31中切割出一个(或多个)后侧轮廓KB，KB'。但是，射束轴线在后侧切割过程中由于错位而并不正交于工件31的表面32B。在步骤101R的切割过程中，加工头留在测试工件31的后侧31B上。
以加工参数(B-90，C0)，例如在测试工件31中切割出两个矩形作为后侧轮廓KB和KB'。图8在Z-Y视图中以点划线示出了切割出的矩形KB和KB'。此外，矩形在理想调准情况下的(额定)位置用虚线43表示。由于C轴未调准，所以尽管调设到加工参数(B-90，C0)，但是射束轴线S仍相对于测试工件31的面法向逆时针旋转了几度。因此，激光射束5并不垂直地射到测试工件31上并且切割出的矩形KB和KB'相对于在理想调准情况下的矩形(线43)在其方位上沿(-Y)方向移动。
例如，可以以加工参数(B90，C180)占据第二切割过程的替代初始方位。最后围绕C轴的旋转例如也可在仅具有一个旋转轴(在这里是C轴)的射束加工机的构型中用于提供用于切割前侧和后侧轮廓的位置。
矩形KB和KB'中的每个矩形都是具有两对相对置的后侧轮廓区段KB1，KB2的轮廓切割，后侧轮廓区段KB1，KB2相应地平行于理想C轴及理想B轴。可以看出，C轴的未调准又不影响在Y方向上(即，沿理想B轴)延伸的轮廓区段KB2的Z位置。
假设射束轴线居中穿过测量喷嘴21，则矩形KA和矩形KB的沿Z方向延伸的上部和下部轮廓区段KA1，KB1沿(+Y)和(-Y)方向对称地靠近“理想轮廓区段”之间的中心线45。应注意，在测量喷嘴21中的纯射束偏移(根据图6B)的情况下，将导致移动而不会靠近。
总结而言，切割过程通过轮廓区段提供有关旋转轴未调准和/或射束偏移的信息内容。
这在后面描述的触碰检测过程和随后的分析处理(图3中的步骤103)中获得，其中，触碰检测过程从一侧出发、例如以加工参数(B-90，C0)从后侧31A出发地执行。
如图8那样，图9示出了测试工件31的侧视图(ZY视图)，以示出所执行的对边沿的触碰检测，并示出了XY平面的俯视图(图8的右侧)，以示出测量喷嘴21的位置。在图9中示例性示出了在触碰检测轮廓区段KA1(用实线示出)时测量喷嘴21的触碰检测位置47A和在触碰检测轮廓区段KB1(用虚线显示)时测量喷嘴21的触碰检测位置47B。
为了触碰检测边沿KA1及KB1，将旋转点1以距测试工件31的表面32B相隔触碰检测距离XA/XB处定位，其中，测量喷嘴21伸入到相应的切口中。在此，触碰检测距离XA/XB选择成：测量喷嘴21以下述程度伸入到切出的矩形KA，KB中，使得侧向触碰检测过程总是导致边沿与周面23接触。为了分析处理，例如确定旋转点1的对应Y和Z值。基于测量喷嘴21的圆柱形状，触碰检测过程不受测量喷嘴形状的影响，因为沿(+Y)或(-Y)方向的触碰检测分别纳入相对于理想射束轴线(即，穿过测量喷嘴21的圆柱轴线)的相等测量距离。
由于测量喷嘴21的周面23或者说对应圆柱轴线也相对于面法向成倾斜角度地延伸，该倾斜-如图9所示-以下述方式影响第一触碰检测过程：轮廓区段KA1的Y位置被赋予旋转点1的比理想调准情况大的Y值。这意味着，与理想调准情况相比，旋转点1会在Y方向上移动得更靠近边沿KA1，在图9中直到距离YKA1。旋转点1同样会在Y方向上移动得更靠近轮廓区段KB1的边沿，在图9中直到距离YKB1。由此得到轮廓区段KA1和KB1之间的实际距离ΔY。
在上述触碰检测过程中，使用与后侧切割过程相同的角度位置。相关联地应该注意的是，尽管前侧切割过程和后侧切割过程通常以相应的反向角度位置进行，但触碰检测过程也可以通过与此不同的角度位置执行，只要用相同的位置触碰检测两个触碰检测边沿即可。
可以看出：轮廓区段KA1和KB1的实际距离ΔY与对应的额定距离偏离得越大，则C轴与理想调准的角度偏差越大。如果实际距离ΔY大于额定距离，则在根据图9的布置中涉及逆时针旋转；如果实际距离ΔY较小，则涉及顺时针旋转。从轮廓区段KA1和KB1之间的测量中心mY相对于理想中心线的移动方向，可以推断出测量喷嘴21中的射束偏移。
通常可借助于尤其是测量喷嘴21的已知的几何形状，由针对不同轮廓边沿测量的、旋转点1的X和Z位置，反推出关于B和C轴的要执行的修正角度。在此，通过射束轴线和测量喷嘴之间的同轴偏移的计算机补偿，可以精确测量轮廓区段。在此，测量结果使得可在使用轴冗余的情况下确定运动误差，随后可以在数控装置中自动修正该运动误差。
例如，数控装置根据测量值计算B轴和C轴的实际角度位置，并在用户界面上显示修正后的轴位置。在操作员接受了所述值之后，控制装置将该轴位置设置为绝对位置，即，作为新的“零位”，用于进一步的工件加工(图3中的步骤109)。例如，可以迭代地更精确地确定新的精确“零位”。因此，从探测到例如0.02°的阈值偏差起，可以多次进行修正，以达到例如小于0.005°的偏差。
本文公开的做法的优点尤其是可自动加工测试工件并随后自动测量。仅对于安装测量喷嘴和测试工件并且可能地修正喷嘴中心性，会需要操作员干预。其余步骤均可以自动完成。这减少了检查/重新调准BC轴所需的时间，该时间通常每8小时进行并且在每次碰撞后进行。此外，与手动测量和将结果传送到控制装置相比，可以降低测量过程的易错性。
在所述方法中，测量喷嘴用作触觉测量元件形式的测量器件。技术人员可以容易地认识到，该方法也可以用其他非触觉探测方法来执行，例如使用电、磁、光或声学测量器件。在此，尤其也可能的是，将以激光射束自身来探测作为探测的补充手段。
尽管已经在上述做法中进行了加工头的平移运动，但是技术人员容易地认识到，替代地，一个或多个平移运动也可以由机床的工件保持件接管，使得取代加工头地让工件直线移动。
此外，在上述示例中，根据两个矩形来确定修正，但是技术人员容易地认识到，可以视测量过程和所基于的射束加工机而定使用替代的轮廓形状。
对于仅具有一个旋转轴的射束加工机而言，每个轮廓切割仅需要一个直线射束区段。图10A和10B示出了示例性切出的半圆HA(从前侧)和HB(从后侧)，其直线轮廓区段要么形成居中布置的待测量横条(图10A)要么提供要测量的外部尺寸(图10B)。
在图10C所示的另一个实施方式中，半圆HA和HB可以部分重叠，从而当从前侧轮廓区段的触碰检测变换到后侧轮廓区段的触碰检测时，不再需要将测量喷嘴移出切口、即不再需要使其沿X方向移动。
还可以设置用于多个旋转轴的结构。例如，图11示出了两个重叠的多边形VA和VB，每个多边形包括在两个空间定向上的轮廓区段对。由于重叠，在这里也不需要将测量喷嘴21移出测试工件21的平面。所述轮廓区段例如可以实现上述B轴和C轴校准。
尤其是对于图10C和11中所示的轮廓示例而言，前侧轮廓和/或后侧轮廓不强制是闭合轮廓，而是只要可以由它们形成用于触碰检测的轮廓区段即可。
除了用于轴校准的方法的基于三个平移轴的在此描述的实施例之外，如果不必沉入到轮廓中并且例如光学地(例如使用与射束同轴的摄像机)执行探测，则在例如两个平移轴情况下的类似方法是可能的。
明确强调的是，为了原始公开以及限制要求保护的发明的目的，说明书和/或权利要求书中公开的所有特征都应视为相互分开和独立并且独立于实施方式和/或权利要求中的特征组合。明确指出，为了原始公开以及限制要求保护的发明的目的，单元的集合的所有范围给定或给定都公开了单元的每个可能的中间值或子集合，尤其是也公开了范围给定的边界值。

Claims (17)

1.一种用于确定射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与该射束轴线(S)的空间额定定向(S0)的偏差的方法，其中，该射束加工机具有要校准的旋转轴(B，C)并具有测量器件，其中，所述方法包括以下步骤：
以加工射束(5)从两侧在测试工件(31)中切割出轮廓区段(KA1，KB2)，其中，所述轮廓区段(KA1，KB2)平行于要校准的旋转轴(B，C)的额定定向延伸，
以测量器件从测试工件(31)的一侧探测所述轮廓区段(KA1，KA2)，以求取所述轮廓区段(KA1，KB1)的空间方位，以及
基于所述轮廓区段(KA1，KB1)的空间方位在与额定方位值比较的情况下确定所述射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与空间额定定向(S0)的偏差，所述额定方位值配属于在额定定向情况下的切割。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述射束加工机构造用于利用沿着所述射束轴线(S)引导的加工射束(5)加工工件并且用于保持板状测试工件(31)，所述板状测试工件具有两个表面(32A，32B)，所述两个表面基本上通过共同的面法向限定，并且其中，所述射束加工机包括：
-至少一个平移轴(X，Y，Z)，用于产生测试工件(31)和射束轴线(S)之间的平移运动，
-至少一个旋转轴(B，C)，该旋转轴具有至少180°的旋转范围，用于将射束轴线(S)在围绕所述至少一个旋转轴(B，C)的额定定向的角度位置方面定向，和
-所述测量器件，
其中，所述方法包括以下步骤：
提供在保持位置中的测试工件(31)，在该保持位置中，射束轴线(S)的额定定向(S0)能够分别沿着面法向在第一角度位置(B90)和相对于第一角度位置旋转180°的第二角度位置(B-90)定向，用于加工测试工件(31)，
将射束轴线(S)定位在第一方位，在该第一方位中，射束轴线(S)的额定定向(S0)处于第一角度位置(B90)并且加工射束(5)指向到所述表面中的一个表面(32A)上，
通过加工射束(5)以平行于旋转轴(B，C)的额定定向延伸的前侧轮廓区段(KA1)执行第一轮廓切割(KA)，
将射束轴线定位在第二方位，在该第二方位中，射束轴线的额定定向(S0)处于第二角度位置(B-90)并且加工射束(5)指向到所述表面中的另一表面(32A)上，
通过加工射束(5)以平行于旋转轴(B，C)的额定定向的后侧轮廓区段(KB1)进行第二轮廓切割(KB)，所述后侧轮廓区段从而平行于前侧轮廓区段(KA1)，
在工件(31)中形成至少一个空缺部，该空缺部邻接在前侧轮廓区段(KA1)和/或后侧轮廓区段(KB1)上，
通过测量器件以相同的角度位置(B-90)探测前侧轮廓区段(KA1)和后侧轮廓区段(KB1)，用于求取前侧轮廓区段(KA1)的空间方位和后侧轮廓区段(KB1)的空间方位，以及
根据前侧轮廓区段(KA1)的空间方位和后侧轮廓区段(KB1)的空间方位，导出射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与空间额定定向(S0)的偏差。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在执行第一轮廓切割(KA)时，将射束加工机的射束引导部件定位在由所述表面中的所述一个表面(32A)限界的前侧(31A)，并且，在执行第二轮廓切割(KB)时，将射束加工机的射束引导部件定位在由所述表面中的所述另一表面(32B)限界的后侧(31B)上，并且，在探测期间，将射束引导部件要么定位在前侧(31A)上要么定位在后侧(31B)上。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述偏差的导出包括：
求取轮廓区段之间的距离尺寸(ΔY)，以及
确定在求取到的距离尺寸(ΔY)与轮廓区段(KA1，KB1)所基于的额定距离尺寸之间的差值，所述额定距离尺寸基于射束轴线(S)的空间额定定向(S0)。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，此外在一平面中确定射束加工机的射束轴线(S)的空间定向与空间额定定向(S0)的偏差，所述平面垂直于所述面法向并且垂直于旋转轴(B，C)的额定定向。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，成形以上轮廓切割(KA，KB)中的至少一个轮廓切割，用于产生空缺部。
7.根据权利要求2的方法，其中，前侧轮廓切割(KA)和后侧轮廓切割(KB)相互嵌入或共同形成闭合轮廓，其中，前侧轮廓区段(KA1)和后侧轮廓区段(KB1)布置在切出区域的相对置的侧上。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，射束加工机具有两个旋转轴(B，C)，所述两个旋转轴的额定定向彼此正交地布置，并且其中，对于所述旋转轴(B，C)的额定定向中的每个额定定向，轮廓切割(KA，KB)具有一对平行的轮廓区段(KA1，KB1；KA2，KB2)，所述轮廓区段分别平行于相应的额定定向。
9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
提供测量器件作为测量喷嘴(21)或测量喷嘴套接件，其中，测量器件布置在加工射束(5)的出口区域中并且具有相对于射束轴线在几何上限定的接触面(23)，和
通过以接触面(23)触碰检测轮廓区段(KA1，KB2)来执行探测。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述接触面(23)沿着和逆着要校准的旋转轴的旋转方向在几何上被限定并且绕射束轴线(S)的额定定向(S0)构造，由此给出相对于额定定向(S0)的一致距离，并且所述方法包括步骤：
确定轮廓区段(KA1，KB2)之间的中心(mY)
将中心(mY)与额定中心(45)进行比较，以确定加工射束相对于额定定向(S0)的射束偏移。
11.根据权利要求2所述的方法，其中，所述探测是通过所述测量器件触碰探测来进行，所述测量器件作为测量元件(21)设置在加工射束的出口区域中。
12.根据权利要求6所述的方法，其中，前侧轮廓切割(KA)和后侧轮廓切割(KB)是闭合轮廓，所述闭合轮廓并排布置，使得前侧轮廓区段(KA)和后侧轮廓区段(KB)被测试工件(31)的横条相互分隔开或被测试工件(31)的横条和在两侧邻接的切出区域相互分隔开。
13.根据权利要求10所述的方法，其中，所述接触面平行于射束轴线(S)的额定定向(S0)延伸。
14.一种用于加工工件的射束加工机，包括：
-工件保持件，用于定位工件，
-射束引导系统，用于提供沿射束轴线(S)引导的加工射束(5)，其中，射束加工机具有：至少一个平移轴(X，Y，Z)，用于产生测试工件(31)和射束轴线(S)之间的平移运动；至少一个旋转轴(B，C)，所述至少一个旋转轴的旋转范围为至少180°，所述至少一个旋转轴用于将射束轴线(S)在围绕所述至少一个旋转轴(B，C)的额定定向的角度位置方面定向，
-测量器件，用于探测切割边沿，和
-控制装置，用于执行前述权利要求中任一项所述的方法。
15.根据权利要求14所述的射束加工机，其中，所述测量器件能够作为测量喷嘴或作为测量喷嘴附件在加工射束(5)的出口区域中安装在加工头上并且具有相对于额定射束轴线(S0)在几何上限定的接触面(23)。
16.根据权利要求14或15所述的射束加工机，其中，所述测量器件具有平行于加工轴线(5)延伸的接触面(23)，所述接触面用于在工件(31)的边沿区段(KA1，KB1)上移动，并且，所述接触面(23)是圆柱周面，该圆柱周面围绕额定射束轴线(S0)以距离R延伸，所述额定射束轴线形成圆柱轴线。
17.根据权利要求14或15所述的射束加工机，其中，所述至少一个旋转轴(B，C)包括第一旋转轴(B)和第二旋转轴(C)，所述射束引导系统还构造用于提供额定激光光路，
该额定激光光路沿着第二旋转轴(C)延伸直至第一偏转镜(13)、沿着第一旋转轴(B)延伸直至第二偏转镜(15)，并且接着沿着理想光路(35)穿过喷嘴，
其中，所述射束引导系统包括至少一个角度传动装置，该角度传动装置构造成使得第一偏转镜(13)能绕第二旋转轴(C)旋转和/或第二偏转镜(15)能绕第一旋转轴(B)旋转。
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