CN111902236B - 激光切割方法以及激光切割机器和计算机程序产品 - Google Patents
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Abstract
根据本发明,在一种用于借助激光射束(3)和由切割喷嘴(9)射出的切割气体(10)在优选是板状的工件(2)中激光切割出闭合的切口轮廓(8)的方法中,在预给定的结束路段(13)上或沿着预给定的结束路段将切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)提高,所述预给定的结束路段在通过切口轮廓(8)切分出的工件部分(11)的切分点(E)之前。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于借助激光射束和由切割喷嘴射出的切割气体在优选板状的工件中激光切割出闭合的切口轮廓的方法,以及一种适用于执行所述激光切割方法的激光切割机器和一种对应的计算机程序产品。
背景技术
这种激光切割方法例如由DE 10 2015 221 243 A1已知。
板状的、尤其是金属的工件的激光切割例如以所谓的Flying-optics-激光切割机器进行,在所述激光切割机器中,激光切割头二维地运动经过工件,所述工件承放在格栅状布置的承放条上。替代地,工件可支承在设有刷的工件承放面上并且通过运动单元沿一个或两个空间方向运动,而激光切割头地点固定地布置在管状的吸除装置上方或者沿着切割缝隙同样能在一个空间方向上运动。
当在这种设施中切割工件时,在切分出工件部分时、即在将工件部分从周围的剩余工件部分完全分开时,会出现工件部分相对于剩余工件部分的倾翻。这会导致激光切割头与倾翻的工件部分碰撞并且导致在激光切割机器通过自动化的卸载/卸货设备卸载时出现问题。
工件部分的倾翻的原因是在激光切割时所用的切割气体,所述切割气体用于将熔化物向下从在工件中形成的切口缝隙吹出。在切分开的瞬间,切割气体的气体压力在切分点、即在单侧作用于工件部分。根据工件部分是如何受承放条的尖部或邻接切割缝隙的工件承放面支撑而定,所作用的切割气体压力可能导致工件部分的倾翻。
在不利的情况下,在工件中构成的切口缝隙由于工件部分的倾翻而闭合,使得熔化的工件材料(渣)不再能向下流出并且取而代之地向上甩出。这导致弄赃切割喷嘴并且在某些情况下弄赃在激光切割头中布置在喷嘴上方的光学零件、例如保护玻璃。
尤其是在使用具有可运动的喷嘴套筒——喷嘴套筒用于将切割气体更好地耦入到切口缝隙中——的切割喷嘴时,会形成较强的污染,因为喷嘴套筒接触工件表面,从而渣仅能向上朝切割头内室的方向飞溅。
该问题的迄今常见的解决方案设置:将近乎完全切分出的工件部分通过窄的桥接部、所谓的微节点固定在周围的剩余工件部分中。在机器的卸载之后,可将工件部分例如手动地或通过振动的分离设备从剩余工件部分分开,但在微节点的部位处常留下凸点标记。
由现有技术还已知:在工件部分的切口轮廓终点处将激光功率或切割速度减小或改变切割气体的类型,这例如参见DE 195 06 522 B4,US 9,434,024 B2,WO 2012/063668A1或JPH 03210981 A。
由JPH 02179375 A已知:在工件部分的切口轮廓终点将在激光切割头和工件表面之间的自动化的间距调节关断并且将间距取而代之地调设到确定的值,以避免间距的不希望的波动。
还提出,将喷嘴到工件的间距在切割结束之后的即刻、即在切分出工件部分之后受控地提高,例如在US 6,870,130 B2或WO 2016/020411 A1中是如此。
在由开头提到的DE 10 2015 221 243 A1已知的激光切割方法中,测量激光切割头到工件的间距。为了探测切口轮廓的终点,在切口轮廓的结束区段上确定间距测量值的在时间上的梯度并且与梯度阈值比较。在超过梯度阈值时,则探测到切口轮廓的终点并且关断激光射束。
发明内容
本发明的任务在于:提高在激光切割时、尤其是在使用具有可运动的喷嘴套筒的喷嘴时的过程可靠性。
该任务在所述方法中以下述方式解决:在通过切口轮廓切分出的工件部分的切分点之前的预给定的结束路段上或沿着该结束路段将切割喷嘴到工件表面的间距提高。结束路段的长度优选为最多2mm,特别优选在0.5mm至2mm之间。
根据本发明,在切分点之前在该预给定的结束路段上或沿着该结束路段就已经形成和/或增大切割喷嘴或可运动的喷嘴套筒与工件表面之间的缝隙,使得切割气体、火花、烟和可能存在的渣能在侧向漏出并且将切割喷嘴或激光切割头中的光学零件的污染避免或至少降低。如果切割喷嘴紧固在激光切割头上,则间距改变可通过切割喷嘴相对于激光切割头的运动或通过整个激光切割头的运动来实现。
在优选的方法变型中,切割喷嘴到工件表面的间距的提高在结束路段开始时阶跃地进行,其方式是,将切割喷嘴或工件沿着切口轮廓的移动运动停住,直至间距改变结束。在另一优选方法变型中,切割喷嘴到工件表面的间距的提高沿着直接在结束路段之前的预给定的预备路段进行、尤其是连续地、例如线性地进行。在又一优选方法变型中,切割喷嘴到工件表面的间距的提高沿着结束路段连续地、例如线性地进行。在提到的后两种情况中,间距提高可在切割喷嘴或工件沿着切口轮廓的移动运动期间同时进行,即并不将切割喷嘴或工件停住。
优选,在切分出工件部分的瞬间、即在切分点,切割喷嘴的工件侧端面或切割喷嘴的可移动地支承的喷嘴套筒的工件侧端面与工件表面之间的间距为至少0.3mm,优选至少1mm,以实现将作用于工件上的气体压力充分减小并且由此防止切分出的工件部分倾翻。
在间距提高期间,优选将激光射束相对于工件的焦点方位保持恒定。为此,例如在间距提高期间同时使布置在激光切割头中的聚焦光具朝工件表面的方向运动,以将激光射束的焦点向下移动并从而补偿激光切割头的向上竖直运动。
优选,切割气体压力沿着切口轮廓是恒定的并且为5至6bar。在该值的情况下,尤其是在使用具有喷嘴套筒的喷嘴时,渣可良好地向下从切割缝隙排出,而不会朝激光切割头中的光学零件的方向飞溅。
在另一方面,本发明也涉及一种用于激光切割金属工件的激光切割机器,其具有:激光射束产生器,用于产生激光射束;激光切割头,其将激光射束指向到工件上;间距传感器,其测量激光切割头到工件表面的间距;和,机器控制器,其编程用于执行根据本发明的方法。
最后,本发明涉及一种计算机程序产品,其具有代码单元,所述代码单元适配成当计算机程序在激光切割机器的机器控制器上运行时执行根据本发明的方法的所有步骤。
附图说明
本发明的主题的另外的优点和有利的构型可从说明书和附图中得到。前面提到的特征和后面还会举出的特征同样可自身单独使用或在多个特征的情况下以任意组合使用。所示的和所述的实施方式不应理解为穷举,而是仅具有用于解释本发明的示例性特征。附图示出:
图1示意性示出根据本发明的激光切割机器;
图2a-2f示出根据本发明的在切口终点处提高切割喷嘴间距的激光切割方法的变型;和
图3a,3b示意性示出一个切割气体喷嘴(图3a)和一个具有可移动地支承的喷嘴套筒的切割气体喷嘴(图3b)。
具体实施方式
图1所示的激光切割机器1用于借助激光射束3激光切割板状的工件2,所述工件尤其是由金属制成。
激光切割机器1包括:用于产生激光射束3的激光射束产生器4;能相对于工件2在X-Y平面中运动的激光切割头5,其将激光射束3指向到工件2上;例如电容式的间距传感器6,其测量激光切割头5到工件表面2a的间距A;和,机器控制器7,其于在工件2中激光切割闭合的切口轮廓8期间控制激光切割头5的x-y相对运动。
在所示的实施例中,间距传感器6测量激光切割头5的切割喷嘴9到工件表面2a的间距A,激光射束3与切割气体10一起从切割喷嘴9射出。借助切口轮廓8切下的工件部分以11标识。在切割切口轮廓8期间,以间距传感器6测量切割喷嘴9到工件表面2a的间距A并且通过间距测量值借助间距调节器12将所述间距A保持恒定,间距调节器可以是机器控制器7的一部分。切割喷嘴9的间距改变可通过切割喷嘴9相对于激光切割头5的运动进行或通过整个激光切割头5的运动进行。取代于或补充于激光切割头5的运动,可进行工件2的运动,用于产生切口轮廓8。
图2a示出激光射束3在工件2上沿X方向和Y方向的运动,以将工件部分11切下。激光射束3在刺入点P刺入到工件2中并且然后运动以产生切口轮廓8。激光射束3在切口轮廓8的起点I开始并且沿逆时针驶过闭合的切口轮廓8,就像通过箭头示出的那样。根据形成的切口缝隙的轮廓几何形状和激光射束3的焦点直径而定,工件部分11在比到达切口轮廓8的起点I稍早的时刻、即在切分点E就已被切分出。优选,切割气体压力沿着整个切口轮廓8不改变并且为5至6bar。
如图2b-2d所示,间距调节器12将切割喷嘴9到工件表面2a的间距沿着近乎整个切口轮廓8调节到恒定的额定值AS1。在稍前于切分点E的预给定的结束路段13上或沿着稍前于切分点E的预给定的结束路段13才将切割喷嘴9到工件表面2a的间距以受控制或受调节的方式调设到较大的额定值AS2(AS2>AS1)。结束路段13的长度最多为2mm,优选在0.5至2mm之间。
在图2b中,较小间距AS1到较大间距AS2的提高是在结束路段13开始时阶跃地进行。在图2c,2d中,较小间距AS1到较大间距AS2的提高沿着直接在结束路段13之前的预给定的预备路段14进行,并且更确切地说例如通过线性上升(图2c)或指数上升(图2d)进行。预备路段14优选比结束路段13短。
在图2e,2f中,从较小间距AS1到较大间距AS2的提高沿着结束路段13进行,并且更确切地说例如通过线性上升(图2e)或指数上升(图2f)进行。在图2c-2f中所示的间距提高在切割喷嘴9和/或工件2沿着切口轮廓8的移动运动期间进行。
在间距提高期间,将激光射束3相对于工件2的焦点方位保持恒定,其方式例如是,在激光切割头5的间距提高期间,将布置在激光切割头5中的聚焦光具15反向地、即朝工件表面2a的方向运动。
图3a示意性示出切割喷嘴9,其具有居中的喷嘴孔部16,激光射束3和切割气体10通过喷嘴孔部16射出。在切分出工件部分11的瞬间,即在切分点E,切割喷嘴9的工件侧端面17和工件表面2a之间的间距A有利地为至少0.3mm,优选至少1mm,以便将作用于工件2上的气体压力充分减小并且由此将切分出的工件部分11的倾翻减弱或避免,以使得切割气体、火花、烟和可能存在的渣能从侧向漏出。
图3b示意性示出切割喷嘴9,其具有喷嘴基体18和喷嘴套筒20,喷嘴基体18具有居中的喷嘴孔部16,喷嘴套筒20在喷嘴基体18上可沿双向箭头19的方向前后移动地受支承。喷嘴套筒20用于将切割气体10更好地耦入到切口缝隙中。在切分出工件部分11的瞬间、即在切分点E,喷嘴套筒20的工件侧端面21和工件表面2a之间的间距A为至少0.3mm,优选至少1mm,以将作用于工件2上的气体压力充分减小并从而减弱或避免切分出的工件部分11的倾翻并且使得切割气体、火花、烟和可能存在的渣能从侧向漏出。
Claims (15)
1.一种用于借助激光切割机器(1)的激光射束(3)和由所述激光切割机器(1)的切割喷嘴(9)射出的切割气体(10)在工件(2)中激光切割出闭合的切口轮廓(8)的方法,
其特征在于,沿着预给定的结束路段由所述激光切割机器(1)的机器控制器(7)将切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)提高,所述预给定的结束路段是在通过切口轮廓(8)切分出的工件部分(11)的切分点(E)之前的预给定的结束路段。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)是紧固在激光切割头(5)上的,并且,切割喷嘴(9)的间距改变通过切割喷嘴(9)相对于激光切割头(5)的运动或通过整个激光切割头(5)的运动进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)的提高在结束路段(13)开始时阶跃地进行。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)的提高沿着直接在结束路段(13)之前的预给定的预备路段(14)进行。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)沿着预备路段(14)连续地提高。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)的提高沿着结束路段(13)连续地进行。
7.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)的提高在切割喷嘴(9)和/或工件(2)沿着切口轮廓(8)的移动运动期间进行。
8.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,切割喷嘴(9)到工件表面(2a)的间距(A)的提高在切割喷嘴(9)和/或工件(2)沿着切口轮廓(8)的移动运动期间进行。
9.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,结束路段(13)的长度为最多2mm。
10.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,在工件部分(11)的切分点(E),切割喷嘴(9)的工件侧端面(17)或切割喷嘴(9)的可移动地支承的喷嘴套筒(20)的工件侧端面(21)与工件表面(2a)之间的间距(A)为至少0.3mm。
11.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在间距提高期间,将激光射束(3)相对于工件(2)的焦点方位保持恒定。
12.根据权利要求10所述的方法,其特征在于,在间距提高期间,将布置在激光切割头(5)中的聚焦光具(15)朝工件表面(2a)的方向运动。
13.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,切割气体压力沿着切口轮廓(8)是恒定的。
14.一种用于借助激光射束(3)激光切割工件(2)的激光切割机器(1),所述激光切割机具有:
激光射束产生器(4),所述激光射束产生器用于产生激光射束(3),
激光切割头(5),所述激光切割头将激光射束(3)指向到工件(2)上,
间距传感器(6),所述间距传感器测量激光切割头(5)到工件表面(2a)的间距(A),
机器控制器(7),所述机器控制器编程用于执行根据权利要求1或2所述的方法。
15.一种计算机可读的存储介质,其具有程序,该程序具有代码单元,所述代码单元适配成用于当所述程序在激光切割机器(1)的机器控制器(7)上运行时执行根据权利要求1或2所述的方法的所有步骤。
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