CN109475977B - 用于在板状工件的切口侧翼上产生斜突起或缺口的方法以及对应的计算机程序载体 - Google Patents

Abstract

一种用于在板状工件(2)，尤其板材的切口侧翼(10)上产生缺口(11)或突起(12)的方法，该产生在借助从激光加工头(1)射出的激光射束(3)切割出所述切口侧翼(10)时进行，所述激光加工头能够沿至少一个方向(X,Y)在所述工件(2)上移动用于切割出所述切口侧翼(10)并且其纵轴线(5)能够相对于所述工件(2)的表面法线(7)倾斜，在该方法中，根据本发明在切割所述缺口(11)或所述突起(12)时，所述激光加工头(1)被这样地倾斜和移动，使得所述激光射束(3)在面向激光器和背离激光器的两个工件侧(13a,13b)上走过不同长的轮廓(14a,14b)，以便由此相对于原本的切口侧翼(10)产生斜缺口(11)或斜突起(12)。

Description

用于在板状工件的切口侧翼上产生斜突起或缺口的方法以及 对应的计算机程序载体

技术领域

本发明涉及一种用于在板状工件，尤其板材的切口侧翼上产生缺口或突起的方法，缺口或突起的产生在借助从激光加工头射出的激光射束切割出所述切口侧翼期间进行，所述激光加工头能够沿至少一个方向在工件上方移动用于切割出所述切口侧翼，本发明还涉及对应的计算机程序载体。

背景技术

由JP 20012646486 A已知，为了为焊接对接接头进行焊接棱边准备，工件窄侧设有有规律地布置的突起，所述突起在整个工件厚度上具有相同的形状并且因此在工件的上侧和下侧上相同程度地突出。

此外，由US 4,883,937也已知具有有规律的、机械引入的缺口的板材棱边。

最后，JP 2009-241083 A公开了一种用于生产具有微接头的斜切口的方法，其中，这些结构在多个连续的步骤(切割过程)中生产。

发明内容

与此相对地，本发明所基于的任务是，给出一种用于在激光切割出板状工件的切口侧翼期间在切口侧翼上产生缺口或突起的方法，其中，缺口或突起能够在一次切割中、即不必关闭激光射束切成。

该任务根据本发明通过一种用于在借助从激光加工头射出的激光射束切割出板状工件、尤其板材的切口侧翼期间在切口侧翼上产生缺口或突起的方法来解决，所述激光加工头能够沿至少一个方向在工件上方移动用于切割出所述切口侧翼并且其纵轴线能够相对于工件的表面法线或者说铅垂线沿至少一个方向、优选沿两个方向倾斜，其中，在切割出缺口或突起期间，激光加工头被这样地倾斜和移动，使得激光射束在面向激光器和背离激光器的两个工件侧上走过不同长的轮廓，以便由此相对于原本的切口侧翼产生斜缺口或斜突起。在此，用于激光加工头的枢转运动的旋转轴线不但可以布置在激光加工头内而且可以布置在激光加工头外。在第一种情况下，激光射束与工件表面相遇的相遇点在激光加工头的枢转运动期间移动。在第二种情况下，激光加工头绕着在空间中的位于激光射束轴线上的(固定)点旋转。该点不但可以选择在工件内而且可以选择在工件外。

根据本发明，可在激光切割出竖直的或倾斜的切口侧翼期间在仅一次激光切割中也将缺口或突起集成到切割出的切口侧翼中。因此，能够以简单方式将多种不同类型的局部改型部加工到工件的切口侧翼中。这些缺口或突起可以在进一步加工工件时满足特定的功能，例如在焊接两个工件时用作间距保持装置或用作构件的连接的定位辅助装置或是用于随后形成的弯曲隆起部的凹口。

优选地，在切割出斜缺口或斜突起期间，激光加工头的倾斜位态，尤其在与切口侧翼成直角或与切割方向成直角的平面中，被改变，以便由此实施尤其与切口侧翼成直角延伸的、在两个工件侧上长度不同的切口。为此，在切割出缺口或突起期间至少改变以下角度，激光加工头以该角度相对于切口侧翼沿与该切口侧翼成直角的方向倾斜(倾翻)。

在一个特别优选的方法变型中，在切割出斜缺口或斜突起期间，激光加工头被这样地倾斜和移动，使得激光射束在第一工件侧上走过缺口或突起轮廓，并且在此，借助其射束轴线始终切割出原本的切口侧翼的设置在另外的第二工件侧上的棱边，使得斜缺口或斜突起在第二工件侧上通到原本的切口侧翼的棱边中。由此，原本的切口侧翼的该棱边是连贯的，即不被缺口或突起中断。有利地，在切割出斜缺口或斜突起期间，激光射束的切割出原本的切口侧翼的所述棱边的射束轴线保持在所述棱边上的固定点处或在该棱边上移动。在所述固定点的情况下，沿着激光射束在第一工件侧上走过的整个缺口或突起轮廓，激光加工头优选以恒定速度绕着固定点枢转。

替代地，在切割出缺口或突起期间激光加工头绕着其枢转的固定点也可以位于工件内或工件外，以便例如产生截锥形的缺口或突起，或者以便在工件的两侧上产生不同成型的棱边改型部。

在一个扩展方式中，激光加工头在切割出原本的切口侧翼期间已经沿切割方向、即平行于原本的切口侧翼枢转，使得在开始切割缺口或突起时，已经调到激光加工头的沿切割方向所希望的角度。同样，可以在切割出突起或缺口之后在进一步切割出原本的切口侧翼期间，才进行激光加工头沿切割方向的复位。以这种方式，实现切口侧翼的切割与缺口或突起的切割之间的连续过渡，使得切割速度不必过强地减小。

优选地，将在切割出斜缺口或斜突起期间的切割速度相对于在切割出切口侧翼期间的切割速度减小或提高，具体而言以对于倾斜的激光射束而言有效板材厚度增加或减小的程度来减小或提高。有利地，激光功率在切割出斜缺口或斜突起期间具有与在切割出原本的切口侧翼期间相同的值。

替代地，也可以是原本的切口侧翼就已借助垂直于切口侧翼倾斜的激光射束切割，然后，为了切割出缺口或突起而改变所述激光射束的倾斜位态，以便在倾斜的切口侧翼上产生(可能不那么)斜的缺口或(可能不那么)斜的突起。相应于加工头相对于工件面法线的可能较小的倾斜位态，在切割出缺口或突起期间的切割速度也可以比在切割出原本的切口侧翼期间的切割速度高。

为了即使在激光加工头倾斜的情况下从由激光加工头射出的激光射束直至工件所经过的有效间距也不改变，则在切割出斜缺口或斜突起期间，如果激光加工头相对于工件表面法线的倾斜增大，就将激光加工头和工件表面之间的间距、尤其激光加工头的切割气体喷嘴和工件表面之间的间距相应地减小。

在切割出斜缺口或斜突起期间，在加工头斜度更大的情况下由于由此更大的有效工件厚度而可以将从激光加工头的切割气体喷嘴射出的切割气体的压力相应地增大。

本发明还涉及一种计算机程序载体，其包括代码单元，当程序在激光加工机的控制装置上运行时，所述代码单元适配用于执行根据本发明的方法的所有步骤。

附图说明

由说明书和附图得到本发明的另外的优点。同样，之前所述的和还会进一步列举的特征可以单独地或对于多个特征以任意组合使用。所示的和所说明的实施方式不应理解为最终的穷举，而是更确切地说具有用于描述本发明的示例性特征。

图1示出用于激光切割工件的可移动且可倾斜的激光加工头；

图2a-2d示出用于在板状工件(图2d)的切口侧翼上产生斜缺口或斜突起的第一方法变型的各个步骤(图2a-2c)；

图3a,3b示出相对于图2c改型的方法步骤，该方法步骤用于在板状工件的切口侧翼上产生改型的斜缺口或改型的斜突起(图3b)；

图4a-4d示出用于在板状工件(图4d)的切口侧翼上产生改型的斜缺口或改型的斜突起的第二方法变型的各个步骤(图4a-4c)；

图5a,5b示出相对于图4c改型的方法步骤，该方法步骤用于在板状工件的切口侧翼上产生改型的斜缺口或改型的斜突起(图5b)；

图6示出板状工件，该板状工件在工件上侧具有斜突起并且在工件下侧上具有斜缺口；和

图7a,7b示出在激光加工头倾斜时和未倾斜时激光加工头的切割气体喷嘴。

在下面附图描述中，对相同或功能相同的元件使用相同的附图标记。

具体实施方式

在图1中所示出的激光加工头1用于借助由激光加工头1射出的激光射束3激光切割板状工件2，例如板材。激光射束3在激光射束源(未示出)中产生，并且例如借助光纤传导到激光加工头1上。

激光加工头1能够平行于平坦的工件表面4以二维方式沿X和Y方向移动。此外，激光加工头1能够以其纵轴线5或者说以射出的激光射束3的射束轴线6相对于工件2的表面法线7或者说相对于垂线沿X和Y方向以角度α或β倾斜并且绕着空间中的点8旋转。激光加工头1在X和/或Y方向上沿着所希望的切割方向以切割速度v1移动，以便在工件2中切割出切口侧翼10。

参照图2a至2d，在下面说明用于在借助激光射束3切割出切口侧翼10期间在工件2的切口侧翼10上产生斜缺口11或斜突起12的第一方法。

图2a示出借助例如成直角地射到工件2上的激光射束3激光切割出切口侧翼10。其方式是：激光加工头1在工件2上方以切割速度v1沿切割方向(X方向)移动。

在图2b中，激光射束3在切口侧翼10的平面内(沿X方向)以角度α倾斜，具体而言要么在激光加工头1还沿切割方向运动的情况下要么在激光加工头1沿切割方向静止的情况下。在随后激光切割出斜缺口11或斜突起12期间保持激光加工头的倾斜位态，但也可以替代地在此期间改变激光加工头的倾斜位态。

在图2c中，为了激光切割出缺口11或突起12，将倾斜的激光加工头1移动并且在此同时垂直于切口侧翼的平面(沿Y方向)以变化的角度β倾斜，使得激光射束3在面向激光器的工件上侧13a和在背离激光器的工件下侧13b上走过不同长的轮廓14a,14b，以便由此在原本的切口侧翼10上产生在图2d中所示的斜缺口11或在图2d中所示的斜突起12。因此，激光加工头1总体上绕着在空间上位于工件2下方的点旋转。由此，在所示的实施例中，在工件上侧13a上走过的轮廓是具有较大半径的半圆并且在工件下侧13b上走过的轮廓是具有较小半径的半圆，使得如在图2d中所示，在原本的切口侧翼10上产生截锥形缺口11或截锥形突起12。最后，通过将激光加工头1以角度α复位到图2a所示的初始位置中，使激光射束3在切口侧翼10的平面内又相对于工件2成直角并且切口侧翼10借助激光射束3被继续切割，其方式是：激光加工头1在工件2上方以切割速度v1沿切割方向(X方向)移动。激光加工头1的复位也可以在继续切割期间进行。如在图2d中所示，原本的切口侧翼10的上下两个侧棱边15a,15b都不是连贯的，而是由于缺口11和突起12而中断。

与图2c不同地，在图3a中，在激光切割出缺口11或突起12期间，倾斜的激光加工头1这样地移动并且在此同时枢转，使得激光射束3在工件表面13a上走过所希望的缺口轮廓或者突起轮廓并且在此以其射束轴线6始终切割出原本的切口侧翼10的设置在工件下侧13b上的棱边15b，使得激光切割成的缺口11或激光切割成的突起12在工件下侧13b上通到原本的切口侧翼10的该棱边15b中(即会聚于该棱边上)(图3b所示)。在所示的示例中，在激光切割出缺口11或突起12期间，激光射束3的切割出原本的切口侧翼10的棱边15b的射束轴线6保持在所述棱边15b上的固定点16处，如在图3a中所示那样。在此，沿着激光射束3在第一工件侧13a上走过的整个缺口或者突起轮廓14a，激光加工头1以恒定的速度v2绕着固定点16枢转，所述速度v2小于在激光切割出切口侧翼10期间的切割速度v1。然而替代地，射束轴线6在激光切割出缺口11或突起12期间也能够在棱边15b上移动，这导致如在图5b中所示的轮廓。

如在图3b中所示，原本的切口侧翼10的下侧棱边15b现在是连贯的，即不被缺口11或突起12中断。

参照图4a至4d，在下面说明用于在借助激光射束3切割出切口侧翼10期间在工件2的切口侧翼10上产生斜缺口11或斜突起12的第二方法。

图4a示出借助例如成直角地射到工件2上的激光射束3激光切割出切口侧翼10，其方式是：激光加工头1在工件2上方以切割速度v1沿切割方向(X方向)移动。

在激光加工头1沿切割方向静止时，在图4b中，将激光加工头1在与切口侧翼10成直角的平面中(沿Y方向)以角度β倾斜，以便由此实施与切口侧翼10成直角的切口17，该切口在工件上侧13a上比在工件下侧13b上长。为此，激光加工头1可以要么在切割出切口17期间以增大的角度倾斜，直至在到达在工件13b下侧上的点18时产生激光加工头1的最大斜度。替代地，激光加工头1可以首先以相对于工件表面13a垂直的定向移动到点18，并且随后绕着点18沿Y方向枢转，直至达到最终的斜度。

在图4c中，使倾斜的激光加工头1以比在激光切割出切口侧翼10期间的切割速度v1小的速度v2进一步沿切割方向(X方向)移动，以便由此实施平行于原本的切口侧翼10的切口，该切口在工件上侧和下侧13a,13b上的长度相等。随后，在激光加工头1沿切割方向静止时，激光加工头1在与切口侧翼10成直角的平面中以角度β又枢转返回其在图4a中所示的起始位置中，以便由此实施与原本的切口侧翼10成直角的切口，该切口在工件上侧13a上比在工件下侧13b上长。激光加工头1的该枢转运动可以在沿Y方向的移动运动之前或期间进行。激光射束3在工件上侧13a上走过的缺口或突起轮廓14a因此比在工件下侧13b上走过的缺口或突起轮廓14b长。因此，在原本的切口侧翼10上产生图4d所示的斜缺口11或图4d所示的斜突起12。随后，借助激光射束3进一步切割出切口侧翼10，其方式是：激光加工头1在工件2上方以切割速度v1沿切割方向移动。如在图4d中所示，原本的切口侧翼10的上下两个侧棱边15a和15b都不是连贯的，而是由于缺口11或突起12中断。

与图4b不同地，在图5a中，倾斜的激光加工头1在其沿X方向的移动运动期间，以其射束轴线6切割出原本的切口侧翼10的设置在工件下侧13b上的棱边15b。在激光加工头1沿切割方向移动时，射束轴线在该棱边15b上沿着轮廓线14b移动，而激光射束3在工件上侧13a上走过所希望的缺口或突起轮廓14a。

如在图5b中所示，激光切割成的缺口11或激光切割成的突起12在工件下侧13b上通到原本的切口侧翼10的棱边15b中，使得该原本的切口侧翼的下侧棱边15b是连贯的，即不被缺口11或者突起12中断。

在图6中示出另外的方法变型，其中，固定点16——激光切割头1在切割出局部的切口棱边改型部期间绕着所述固定点旋转——大致定位在工件中心处。以这种方式，在工件上侧13a上产生锥形突起12，并且在工件下侧13b上产生锥形缺口11。这样的棱边改型部有利于补偿在随后的弯曲过程中的材料延展或压缩：在弯曲时，工件2在工件上侧(外侧)13a上被延展并且在工件下侧(内侧)13b上被压缩。通过事先引入的棱边改型部至少部分地补偿在此出现的材料挤压。

在图7a,7b中示出激光加工头1的切割气体喷嘴19，激光射束3从所述切割气体喷嘴的喷嘴开口20与切割气体21一起朝工件2的方向射出。图7a示出在激光加工头1未倾斜的情况下的切割气体喷嘴19，而图7b示出在激光加工头1倾斜的情况下的切割气体喷嘴19。如在图7b中所示，在激光加工头1倾斜的情况下将切割气体喷嘴19和工件2之间的间距A减小，否则从由切割气体喷嘴19射出的激光射束3至工件2所经过的有效间距Aeff将增加。理想地，有效间距A_eff应沿整个移动路程保持恒定。激光射束3在工件2上的焦点位置可以相应于间距A和有效板材厚度的变化而更新，使得焦点相对于工件表面4的位置保持不变。在实践中，通常不需要适配焦点位置。

优选地，在切割出斜缺口11或斜突起12期间，将由切割气体喷嘴19射出的切割气体的压力增加，以便顾及到更大的有效工件厚度。

优选地，在激光切割出缺口11或突起12期间，将切割速度减小，具体而言以有效板材厚度增加的尺度来减小。例如在以37°的(临时)设定角度激光切割12mm厚的工件2时，有效工件厚度增加到15mm。因此，进给减小到通常为激光切割15mm厚的工件所用的值。然而，进给不应减小太多(通常不减小到小于原值的60％)，否则在过高路径能量的区域中(即在较短的路径上)切割品质下降。

在激光切割出缺口11或突起12期间，激光功率尽可能地保持恒定。然而，如果被用于激光切割的激光功率低于用于有效工件厚度的标称功率，则有利的是，相应于增加的有效板材厚度也提高激光功率。

根据激光加工头1的倾斜角度适配上面所说明的所有参数。即，工件上侧/下侧上的局部轨迹变化也意味着这些参数的局部变化。在角度变化小的情况下，不一定需要适配这些参数，或者，带来品质损失地可以将各个参数保持不变。

代替如在这些附图中所示的以直角照射的激光射束3，也能够以倾斜的激光射束3切割出切口侧翼10，在此，为了激光切割出缺口11或突起12而将激光射束的倾斜位态改变，以便在倾斜的切口侧翼10上产生斜缺口11或斜突起12。如果激光加工头1的倾斜在切割出缺口11或突起12期间减小，则切割出缺口11或突起12期间的切割速度也可高于在切割出切口侧翼10期间的切割速度。

借助所述方法可以制造不同的功能元件：

-用于调整限定的接合缝隙几何形状的局部突起：在切口侧翼上的局部斜突起在随后焊接这样的侧面时保证到接合配对件的限定间距(用于V形焊缝)，而不用显著地减小焊缝的体积。这相对于在工件上侧和下侧上以相同长度的轨迹曲线产生的局部垂直的突起是有利的，因为在局部垂直的突起中，焊缝体积减小。

-在连接部处夹紧：尤其在厚板材时可以借助局部斜突起在切口棱边上建立不在整个板材厚度上起作用的力锁合连接。这允许具有公差或具有小的力耗费的接合过程。

-接合配对件的水平定向：相对置的斜切口(阳/阴)防止构件下沉。

-在切割时避免倾翻：通过在板材上侧上具有较大延伸尺度的斜突起，可以防止所切割的构件下沉到剩余格栅中。

-在弯曲时的凹口/轮廓纠正部：通过在弯曲之前引入的相应斜缺口和突起可以避免在弯曲时出现的弯曲隆起部。

Claims (11)

1.一种用于借助从激光加工头(1)射出的激光射束(3)激光切割出板状的工件(2)的方法，所述板状的工件(2)具有在切割出切口侧翼(10)的情况下附加的、相对于所述工件(2)的原本的切口侧翼(10)倾斜的缺口(11)或附加的、相对于所述工件(2)的原本的切口侧翼(10)倾斜的突起(12)，所述激光加工头能够沿至少一个方向(X,Y)在所述工件(2)上方移动，用于切割出所述切口侧翼(10)，并且，所述激光加工头的纵轴线(5)能够相对于所述工件(2)的表面法线(7)倾斜，

其中，在切割出所述缺口(11)或所述突起(12)期间，所述激光加工头(1)以下述方式相对于原本的切口侧翼(10)倾斜和移动，使得所述激光射束(3)在面向激光器和背离激光器的两个工件侧(13a,13b)上走过不同长度的轮廓(14a,14b)，以便由此相对于原本的切口侧翼(10)产生倾斜的缺口(11)或倾斜的突起(12)，在切割出倾斜的缺口(11)或倾斜的突起(12)期间至少改变以下角度，激光加工头沿与原本的切口侧翼(10)成直角的方向以所述角度相对于原本的切口侧翼(10)倾斜。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，所述激光加工头(1)以下述方式倾斜和移动，使得所述激光射束(3)在第一工件侧(13a)上走过一缺口轮廓或突起轮廓(14a)并且在此以其射束轴线(6)始终切割出原本的切口侧翼(10)的设置在另外的第二工件侧(13b)上的棱边(15b)，使得所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)在所述第二工件侧(13b)上通到原本的切口侧翼(10)的所述棱边(15b)中。

3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，所述激光射束(3)的切割出原本的切口侧翼(10)的所述棱边(15b)的射束轴线(6)保持在该棱边(15b)上的固定点(16)处或在该棱边(15b)上移动。

4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，沿着所述激光射束(3)在所述第一工件侧(13a)上走过的整个缺口轮廓或突起轮廓(14a)，所述激光加工头(1)以恒定速度绕着所述固定点(16)枢转。

5.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，所述激光加工头(1)以下述方式倾斜和移动，使得所述激光射束(3)在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间始终射到在所述工件内或在所述工件外的固定点(16)处并且绕着该固定点枢转。

6.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使所述激光加工头(1)在切割出原本的切口侧翼(10)期间沿切割方向枢转。

7.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间的切割速度(v2)相对于在切割出所述切口侧翼(10)期间的切割速度(v1)减小或提高。

8.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，激光功率具有与在切割出所述切口侧翼(10)期间相同的值。

9.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，所述激光加工头(1)和所述工件表面(4)之间的间距(A)随着所述激光加工头(1)的倾斜位态的增大而减小。

10.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在切割出所述倾斜的缺口(11)或所述倾斜的突起(12)期间，由所述激光加工头(1)的切割气体喷嘴(19)射出的切割气体(21)的压力随着所述激光加工头(1)的倾斜位态的增大而增大。

11.一种计算机程序载体，包括代码单元，当程序在激光加工机的控制装置上运行时，所述代码单元被适配用于执行按照权利要求1或2所述的方法的所有步骤。

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