CN114830053A - 用于确定激光切割机的切割参数的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定激光切割机(18)的切割参数的方法，该方法具有以下步骤：A)接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数；B)输出能够被该激光切割机(18)切割的激光切割边缘的、能被这些切割参数影响的属性；C)接收这些属性的权重；D)使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数并且还使用所加权的属性来确定这些切割参数。本发明还涉及一种用于执行该方法的装置、特别是一种用于加工工件的装置和/或一种被设计为模拟生产过程的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定激光切割机的切割参数的方法，以及一种用于执行该方法的装置、特别是一种用于加工工件的装置和/或一种被设计为模拟生产过程的装置。
背景技术
激光切割机优选地用于快速生产和加工精密工件。在这个背景下，通常使用激光将工件从板(特别是金属板的形式)中切割出来。根据方法的不同，激光引入的能量会导致切口处的工件材料熔化、燃烧或升华。特别是在过程气体的帮助下从切口去除烧蚀的材料。
由此产生的切割边缘具有表面，该表面的特性特征也取决于方法流程或方法参数，例如切割速度或喷嘴-金属板距离。根据所生产的工件的过程和应用领域，切割边缘要达到一定的表面纹理。
WO 2012/000995 A1描述了一种用于检查在机床上执行的加工过程的对话系统。确定了改进后续加工过程的至少一个质量特征的方案。操作员可以通过输入装置预先确定要改进的质量特征。使用存储的专家知识来确定用于改进质量特征的方案。为了确定该方案，还读取由机床传感器系统确定的数据和/或所加工工件的照片以及相关联的材料和加工数据。
发明内容
本发明的目的是进一步改进用于确定切割参数的方法和装置，特别是进一步简化操作。
该目的通过如权利要求1所述的方法、如权利要求11所述的装置以及如权利要求14所述的装置来实现。
因此，本发明涉及一种用于确定激光切割机的切割参数的方法，该方法具有以下步骤：
A)接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数；
B)输出能够被该激光切割机切割的激光切割边缘的、能被这些切割参数影响的属性；
C)接收这些属性的权重；
D)使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数并且还使用所加权的属性来确定这些切割参数。
因此，该方法包括在步骤A)中接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数。在此，机器参数表明使用哪台激光切割机。过程参数表明使用哪个激光切割过程。材料参数表明应切割哪种材料，即，例如要切割的金属板由哪种材料组成。步骤A)中的接收可以例如由操作员通过输入单元来完成。步骤A)中的接收同样可以通过数据接口来完成。
该方法包括在步骤B)中输出能够被该激光切割机切割的激光切割边缘的、能被这些切割参数影响的属性。激光切割边缘的能被切割参数影响的属性包括例如切割边缘本身的特征和用于产生切割边缘的过程的特征。切割边缘的特征是例如毛刺、毛刺高度、毛刺厚度、边缘倾斜度、粗糙度、变色、均匀性。过程的特征是例如鲁棒性，其也称为过程可靠性并且例如表明错误切割的风险。过程的其他特征可以是过程的生产率和/或气体消耗。例如可以通过输出单元将属性输出给操作员。步骤B)中的属性输出同样可以例如通过数据接口来完成。
激光切割机上的激光切割的切割参数例如是进给(或前进速率)、喷嘴-金属板距离、设置尺寸、气体压力、焦点直径、激光功率、喷嘴直径、气体类型。
在步骤C)中，接收属性的权重。在此，属性是激光切割边缘的能够被切割参数影响的属性。在此，属性包括切割边缘的特征以及过程的特征。属性的权重表明属性相对于其他属性的重要性。并非所有属性都可以同时得到优化；在一些情况下，各种属性对切割参数的要求是不同的，甚至是相互矛盾的。因此，加权有利于能够准确地确认这些属性在它们彼此之间的关系中的重要性。步骤C)中的接收可以例如由操作员通过输入单元来完成。输入单元优选地耦合到输出单元，在步骤B)中通过该输出单元输出属性。在一个实施例中，步骤C)中的接收也可以通过数据接口来完成。
在步骤D)中，通过使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及通过使用所加权的属性来确定这些切割参数。切割参数例如是通过多个目标函数的加权优化来确定的。目标函数是能够被该激光切割机切割的激光切割边缘的、能被这些切割参数影响的属性。要优化的参数是切割参数。该解决方案例如通过至少一个基于已知数据集的数据聚合例程来完成。
数据聚合例程可以被设计为聚合一个或多个已知数据集(所谓的输入数据集)以形成新的数据集(即输出数据集)。输出数据集可以包括一个或多个数字或向量。输出数据集的全部或一部分可以以输入数据集的形式提供给另外的数据聚合例程。切割参数的确定特别优选地以具有多个关联的数据聚合例程的算法的形式来完成。特别地，数百个、优选地数千个这样的数据聚合例程可以相互关联。这显著提高了质量和速度。一个、特别是更多、特别优选地所有数据聚合例程可以被配置为在各自的情况下将多个输出数据与属性的权重相组合，并因此将它们聚合以形成新的数据集。同样可以聚合属于不同属性权重的数据集。在本发明的实施例中，可以改变至少一个数据聚合例程和/或可以改变数据聚合例程的组合。数据聚合例程可以例如是神经网络或机器学习算法，例如进化算法。
特别优选的是这样一种方法，在该方法中，切割边缘的特征包括以下切割边缘质量特征中的一个和/或多个：
·粗糙度强度
·粗糙度形状
·毛刺高度
·毛刺形状
·切割边缘倾斜度
·变色
·切割的切口上边缘
·点蚀、单点蚀、点蚀堆积、自燃
·中空的切割面轮廓
·切割上边缘/切割下边缘处的边缘熔化
·切割下边缘上方/切割上边缘下方的边缘空腔切割
·局部沟纹偏差
·切割面中的裂纹
·切割上边缘上的熔珠链
·切割面的端部未切穿
·两个切割面的切割角度偏差
·一个切割面的切割角度偏差
·沟纹深度不均匀
·波纹状的切割面轮廓
·沟纹尾迹过大
·工件上侧/上边缘、工件下侧/下边缘的切口加宽
·沟纹深度过大，强烈粗糙化
·切割面沿切割方向起伏不平
·起伏不平的切割起点
·下侧上的粘渣附着
·渣壳、切割边缘的焊接、焊珠、剪切熔体
·毛刺形成、毛刺珠、细针状毛刺、明显毛刺、可折断的长毛刺、不可折断的短毛刺、非常强烈的毛刺
·纵向方向切割中断，射束衰减
·材料表面有飞溅物，形成细丝
·切割面的变色、切割端部变色、切割面变色、拐角变色、烟雾残留物。
切割参数的确定优选由计算单元实施。在本发明的一个实施例中，机器参数、材料参数和过程参数的接收、属性的输出和/或属性的权重的接收是通过耦合到计算单元的输入/输出单元来完成的。机器参数、材料参数和过程参数的接收、属性的输出和/或属性的权重的接收同样可以通过计算单元的数据接口来完成。在该情况下，接收的数据例如可以由另外的计算单元预先确定和/或输出的数据可以由该另外的计算单元和/或第二另外的计算单元处理。这可以例如用于工厂模拟。
在一个实施方式中，在步骤D)中确定的切割参数中的至少一个可以在步骤E1)中输出。可以例如在输出单元上向操作员进行输出，在该输出单元上完成步骤B)中的输出。同样可以通过另外的输出单元向操作员和/或另外的操作员执行输出。步骤E1)中的输出同样可以通过数据接口来完成。
在一个优选实施方式中，在步骤E1)中，将所有确定的切割参数输出(即传输)给激光切割机。在一个实施方式中，然后使用所传输的切割参数执行激光切割过程。可选地，在这之后，切割结果可以例如通过光学图像被传输回来，并且以输入数据集的形式提供给数据聚合例程。
在一个实施方式中，在步骤E2)中输出关于这些属性中的至少一个属性的信息。一方面，这可能涉及将刚刚以反馈形式执行的输入输出给可能的操作员。此外，这可能涉及输出关于刚刚输入的属性以及其他属性的权重的信息。这有利于在步骤C)中输入权重时输出所输入的权重对其他属性的影响。因此，例如，可以输出属性(即例如切割边缘本身的特征和过程的特征)由于权重因子的改变而改变的方式。该输出可以例如在步骤B)和/或E1)中使用的输出单元上进行。
在一个实施方式中，通过图形用户界面完成步骤A)和/或C)中的接收。在这个背景下，图形用户界面可以布置在输入单元上或通过数据线连接到输入单元。输入单元可以同时是计算单元的一部分。接收可以包括例如接收操作员输入。对于步骤A)中的接收，可以显示例如输入栏，这些输入栏被指配给参数，比如至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数。对输入栏的输入使得可以随后接收参数。图形用户界面可以进一步被配置为使得其显示滑动控制件的光学图像，每个图像对应于可以被切割参数影响的属性。通过例如通过指针式仪器或通过触敏屏幕来调整显示的滑动控制件，然后可以设置属性的权重——步骤C)。
在一个实施方式中，步骤B)、E1)和/或E2)中的输出是通过图形用户界面来完成的，该图形用户界面可以对应于旨在用于步骤A)和/或C)中的接收的图形用户界面。在这个背景下，图形用户界面可以布置在输出单元上、通过数据线连接到输出单元、和/或是输入/输出单元的一部分。输出单元和/或输入/输出单元可以同时是计算单元的一部分。对于步骤E2)中的输出，例如，为了输出所输入的权重对除了步骤C)中输入的权重之外的其他属性的影响。因此，例如，可以输出属性(即例如切割边缘本身的特征和过程的特征)由于权重因子的改变而改变的方式。可以指示数值和/或其他视觉显示，例如以颜色和/或箭头的形式，这清楚地表明了哪些属性——例如与之前的输入相比——得到了改进和/或恶化。
在一个实施方式中，在步骤F)中，输出该激光切割边缘的图形表示，该图形表示与该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数的使用相关联，并且还与这些切割参数相关联。这使得可以向操作员提供关于在所选权重下预期的激光切割边缘外观的光学反馈。
在一个实施方式中，在步骤F)中，例如显示激光切割边缘的照片，该照片与其参数——机器参数、过程参数、材料参数、切割参数——一起存储在存储器中。对于步骤F)中的显示，然后选择具有最接近当前参数的参数的照片。例如，存储器可以位于计算单元中或位于通过数据线连接的远程位置。
在一个另外的实施方式中，通过使用数据聚合例程确定在步骤F)中显示的激光切割边缘的图形表示，其中，该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数、以及还有这些切割参数被用作该数据聚合例程的输入。数据聚合例程用于生成预期的激光切割边缘的图形表示。
一种用于在激光切割机上加工工件的装置，该装置适用于执行用于确定激光切割机的切割参数的方法，该装置具有被设置用于接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数的图形用户界面。图形用户界面还被设置用于输出能够被激光切割机切割的激光切割边缘的属性，其中，这些属性能够被切割参数影响。图形用户界面还被设置用于接收这些属性的权重。图形用户界面优选地是输入/输出单元的一部分。此外，该用于加工工件的装置具有计算单元，该计算单元被设置用于使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数并且还使用所加权的属性来确定这些切割参数。通过输出机器参数、过程参数和/或材料参数并接收其权重，该装置提供了确定那些给出最接近装置操作员要求的结果的切割参数的选项。这使得操作员更容易设置该装置。
在一个实施方式中，该用于加工工件的装置具有激光切割机，该激光切割机设置用于使用这些切割参数通过激光切割来切割该工件。该实施例使得可以将所确定的切割参数传送给激光切割机，从而可以使用所确定的参数执行切割过程。
在一个实施方式中，该图形用户界面还被设置用于输出所确定的切割参数中的至少一个和/或输出关于这些属性中的至少一个属性的信息。以这种方式，用户可以估计其输入的影响并评估可能的结果。
在一个实施方式中，一种用于执行根据本发明的方法的装置被设计为模拟生产过程，所模拟的生产过程包括激光切割机，在该激光切割机上能够使用所确定的切割参数来执行激光切割过程。该实施例在工厂模拟中特别有利，其中，工厂中不同机床的不同参数可以组合在一次模拟中。这可以用于例如优化工厂或工厂网络的多台机床上的参数。可以例如关于在切割操作之后在单独的去毛刺过程中对切割边缘去毛刺是否有利、或者关于通过激光切割将切割边缘切割成具有尽可能小的毛刺的是否有利来进行优化。
本发明的其他优点将从描述和附图中得出。同样，根据本发明，以上提及的特征和仍将进一步说明的那些特征可以在各情况下本身单独地使用、或者以任何期望的组合作为多个使用。所示出和描述的实施例不应被理解为穷举，而是具有用于概述本发明的说明性特性。
附图说明
图1示意性地示出了根据本发明的方法的流程图；
图2示意性地示出了用于加工工件的装置；以及
图3示出了图形用户界面的示例。
具体实施方式
在图1中示意性地展示的用于确定激光切割机18(图2)的切割参数的方法中，在步骤A)中接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数。这可以例如通过操作员的选择来完成，该选择表明应针对哪个过程、哪个材料和哪个机器等优化切割参数。在步骤B)中，输出能够被激光切割机18切割的激光切割边缘的、能被切割参数影响的属性。在步骤C)中，接收所述属性的权重。该接收优选地通过操作员的输入来完成，该输入与在步骤B)中输出的属性相关。根据权重的变化，各个属性的重要性会发生变化。如果为每个属性输入了相同的权重，则所有属性将具有相同的重要性。在步骤D)中，通过使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及通过使用所加权的属性来确定这些切割参数。在此，在所述确定中，给具有较大权重的属性分派更高的重要性。例如，如果所有属性具有相同的权重，则它们如上面所提及的那样在确定切割参数时具有相同的重要性，。
该方法可以例如在计算单元14(图2)上运行，参数和权重作为操作员偏好通过输入/输出单元被输入到该计算单元中并且可以由计算单元14接收。以这些输入为起点，确定并输出“最佳”的切割参数。附加地，视觉地表明一个参数和/或一个权重的变化限制了其他点处的可能性，并且显示大致预期的切割边缘。
这有助于操作员在激光切割操作期间精确获得最能满足其要求的切割边缘。操作员同样获得改变与切割参数本身相关的设置的可能性，并且在该过程中通过该方法和/或该装置辅助确定产生最接近期望激光切割边缘的切割结果的切割参数的整体。
图2示意性地展示了用于加工工件的装置10。装置10具有图形用户界面12，该图形用户界面例如可以是输入/输出单元的一部分。图形用户界面12被设置用于至少执行图1的方法的步骤A)、B)、C)，即：接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数；输出能够被激光切割机切割的激光切割边缘的属性，其中，这些属性能够被切割参数影响；并接收这些属性的权重。此外，装置10具有计算单元14，该计算单元被设置用于通过使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及通过使用所加权的属性来确定这些切割参数。例如，用于实施该方法的程序代码可以存储在装置10的存储器16中。激光切割机18被设计为通过激光束切割工件，即一个使用所确定的切割参数实施激光切割方法。为此，可以将在计算单元14中确定的切割参数输出给激光切割机18。
图3以示例的方式展示了图形用户界面12，其可以用在根据图2的装置10中。
允许操作员输入材料参数、机器参数和过程参数的图形用户元素被布置在表面12的第一区域12.1中。在展示的示例中，可以表明材料参数“材料”——要切割的工件的材料——和“厚度”——工件的厚度。例如，不锈钢、建筑钢、铝或铜或其组合可以用作材料。根据材料的不同，工件的厚度可以从1mm以下到几cm不等。此外，可以表明“机器”，即所使用的激光切割机18的类型。可以使用的激光切割机18的示例已经以Trumpf TruLaser 5030和Trumpf TruLaser Center 7030的名称披露。例如，根据激光切割机的不同，所使用的光学系统等可能不同。此外，“激光器”可以表明使用的激光器类型。激光器规格的示例是盘形激光器、CO2激光器，分别具有可能的最大激光功率输出规格。
在第二区域12.2中，可以输出能够被激光切割机18切割的激光切割边缘的、能被切割参数影响的属性，并为这些属性提供权重。为此，例如以属性的名称输出属性，在此情况下，例如是“生产率”、“过程可靠性”、“毛刺”、“边缘倾斜度”、“粗糙度”。优选地在每个属性旁边显示滑动控制件，通过该滑动控制件可以关于来自第二区域12.2的其他属性来调节该属性的权重。在此，滑动控制件的一端(例如左边)是指“不太重要”，而滑动控制件的另一端(例如右边)是指“非常重要”。还可以在第二区域12.2中设置将多个属性“捆绑”在一起的其他条件。这方面的示例是期望切割边缘符合标准DIN EN ISO 9013，该标准提供了粗糙度和边缘倾斜度的最大值。在图3所示的示例中，该条件通过勾来选择。在所示示例中可以选择的一个条件是应根据机床制造商的建议进行切割。该建议包括用于进行切割的针对每种材料、每种厚度、每台机器等的一组切割参数。即这组参数并不是完全个性化地确定的，而是包括一组普遍有效的参数，例如基于经验知识。
在第三区域12.3中，在底部输出所确定的切割参数。在所示示例中，在此输出“进给(或前进速率)”、“喷嘴-金属板距离”、“设置尺寸”和“气体压力”的值。切割参数应该采用的值有利地受到附加条件的限制，以使得切割过程本身仍然保持可被执行。例如，喷嘴-金属板距离不应设置得太小，以免激光切割头与工件之间发生碰撞。
在此之上——在12.3的中心区域中——展示了预期的激光切割边缘的属性。在所示示例中，这些属性包括切割边缘本身的特征，在此为“毛刺”、“边缘倾斜度”和“粗糙度”。此外，这些属性还包括产生切割边缘的过程的特征，在此是：“生产率”、“过程可靠性”。在属性旁边，有一个关于属性质量的图形指示。这可以例如是，与上一次切割参数确定相比，属性值是否有所改善——绿色向上箭头——或者与上一次切割参数确定相比，该值是否有所恶化——红色向下箭头。
在区域12.3的上部展示了图形表示20，例如激光切割边缘的照片，正如在12.3的底部区域所示的所确定的切割参数下所预期的那样。与机器参数、过程参数、材料参数以及切割参数相关联的激光切割边缘的图形表示20可以存储在存储器16(图2)中。以这种方式，关于给定参数，可以从存储器16中读取与要实现的激光切割结果最佳匹配的图形表示20，并在图形用户界面12上输出该图形表示以向操作员提供信息。
本发明使得可以客观、透明和个性化地显示切割边缘的质量。可以直观地进行设置。切割边缘的属性的关联方式以及属性的改善会影响其他属性的质量这一事实被清楚地示出给操作员。然而，这也清楚地示出了可以通过切割参数设置切割过程的限度。切割过程变得更加可规划。
附图标记清单
10 装置
12 图形用户界面
12.1 图形用户界面12的第一区域
12.2 图形用户界面12的第二区域
12.3 图形用户界面12的第三区域
14 计算单元
16 存储器
18 激光切割机
20 图形表示。
Claims (14)
1.一种用于确定激光切割机(18)的切割参数的方法，该方法具有以下步骤：
A)接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数；
B)输出能够被该激光切割机(18)切割的激光切割边缘的、能被所述切割参数影响的属性；
C)接收所述属性的权重；
D)通过使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及通过使用所加权的属性来确定所述切割参数。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤E1)中输出所确定的切割参数中的至少一个。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所确定的切割参数传输给该激光切割机(18)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过使用所传输的切割参数执行激光切割过程。
5.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤E2)中输出关于所述属性中的至少一个属性的信息。
6.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过图形用户界面(12)完成步骤A)和/或C)中的接收。
7.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，通过图形用户界面(12)完成步骤B)、E1)和/或E2)中的输出。
8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在步骤F)中，输出该激光切割边缘的图形表示(20)，该图形表示与该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数的使用相关联以及与该切割参数相关联。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该激光切割边缘的图形表示(20)基于该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及基于该切割参数从存储器(16)读取。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过使用数据聚合例程确定该激光切割边缘的图形表示(20)，其中该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及该切割参数被用作该数据聚合例程的输入。
11.一种用于加工工件的装置(10)，其中，该装置(10)包括以下：
·图形用户界面(12)，该图形用户界面被设置用于：接收至少一个机器参数、至少一个过程参数和/或至少一个材料参数；并且输出能够被激光切割机(18)切割的激光切割边缘的属性；并且接收所述属性的权重，其中所述属性能够被切割参数影响；
·计算单元(14)，该计算单元被设置用于通过使用该至少一个机器参数、该至少一个过程参数和/或该至少一个材料参数以及通过使用所加权的属性来确定所述切割参数。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于激光切割机(18)，该激光切割机被设置用于使用所述切割参数通过激光切割来切割工件。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，该图形用户界面(12)还被设置用于输出所确定的切割参数中的至少一个切割参数和/或输出关于所述属性中的至少一个属性的信息。
14.一种用于实施如权利要求1至10之一所述的方法的装置，其特征在于，该装置(10)被设计为模拟生产过程，其中，该生产过程包括激光切割机(18)，在该激光切割机上能够通过使用所确定的切割参数来实施激光切割过程。
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