CN116323085A

CN116323085A - 用于智能拐角切割的方法、计算机程序和激光切割系统

Info

Publication number: CN116323085A
Application number: CN202180069107.XA
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·赫尔德; 泰特斯·哈斯; 丹尼尔·伯勒; 埃利奥·英戈尔德
Original assignee: Bystronic Laser AG
Current assignee: Bystronic Laser AG
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2021-10-15
Publication date: 2023-06-23
Also published as: WO2022079240A4; US11980966B2; WO2022079240A1; JP2023541329A; JP7382537B2; US20230405710A1; EP4228849A1; EP3984688A1

Abstract

在一个方面，本发明涉及一种用于执行转换算法的计算单元(RE)，该计算单元(RE)具有用于获取第一切割参数数据集(ISP)的接口(UI)；并且具有处理器(P)，该处理器(P)被设计成提取运动轮廓对象(bpo)并且还被设计成执行存储在电子计算单元(RE)的存储器中的转换算法，这样使得转换算法可以被加载和/或执行以根据所获取的第一切割参数数据集(1SP)计算并且提供第二切割参数数据集(2SP)，其中，根据所提取的运动轮廓对象(bpo)计算第二切割参数数据集(2SP)。

Description

用于智能拐角切割的方法、计算机程序和激光切割系统

本发明属于激光切割技术领域，尤其涉及用于计算切割参数的方法，所述切割参数用于在要切割的部件的激光切割的期间控制和/或调节激光切割机的激光切割处理。

激光系统，特别是用于切割金属片和/或管并且具有通常为2kW或更大的功率的激光系统是高度复杂的系统，并且包括多个物理部分和经由适当的控制命令来电子地控制的部件，控制命令诸如是用于具有特定特性(材料类型、厚度等)的要切割的相应部分或工件的喷嘴距离、焦点位置、气体压力的控制命令。这样的激光系统可以是具有低动态、中动态以及高动态的激光切割机。作为切割处理的一部分，必须确定一系列设定点值以能够将切割处理执行至期望的质量。这些设定点值被传输至激光机上的控件，用于控制对应的模块和/或致动器。正确切割参数的确定一方面对于质量，另一方面对于性能和资源(例如切割气体)消耗是非常重要的。另一方面，还希望切割参数对于具有高动态以及中动态或低动态的激光切割机都起作用。然而，设定点值的确定是复杂的任务，因为这些设定点值有时也是根据激光头在轨迹上运动的速度和/或加速度。

在目前使用的激光机的情况下，已知的是将激光功率根据切割/端部切割以及拐角和半径的当前速度适配。切割质量不仅受到正确计量的激光功率的影响，而且还部分地在很大程度上受到其他动态切割参数(例如，诸如焦点位置)的影响，这些动态切割参数迄今为止还没有以速度相关的方式被校正或适配，这有时会导致质量的损失。

切割参数可以分为两类，即静态切割参数和动态切割参数。切割期间静态切割参数无法更改：放大倍数、喷嘴类型、喷嘴直径等。在切割处理中可以改变动态切割参数，同时保持动态限制。动态切割参数包括：焦点位置、气体压力、激光功率、脉冲宽度、脉冲频率和喷嘴距离，当然，还有进给速率(最大切割速度)和设定点速度(根据机器/轴动力学)。进给速率限定了最大切割速度，如果需要，最大切割速度可以通过直线切割实现。设定点速度被计算为根据几何形状(例如曲率)的目标速度。切割通常以速度“v＝0”开始，从零加速至进给速率，如果可能的话，根据曲率/半径。换句话说，例如在半径的情况下，设定点速度下降至低于进给速率。

如上所述，切割部分的质量，特别是毛刺高度主要由所使用的切割参数决定。根据经验可知，如果与用于拐角/半径中的切割不同地选择用于直线切割的动态切割参数，则可以实现更高的质量。目前使用的机器的结构几乎不允许动态切割参数(焦点位置、气体压力等)的任何调整。因此，目前使用的切割参数是直线切割与拐角/半径的两个最优值之间的折衷设置。这导致以下缺点：

1)对于直线切割，如果用于拐角和半径的其他动态切割参数可以以速度相关的方式调整，则可以实现更高的进给速率。

2)在直线切割和/或在拐角/半径的情况下，质量不令人满意。

3)切割气体体积在整个轮廓上增加以解决不令人满意的拐角/半径问题。这导致切割气体的更高消耗。

在现有技术中，例如在EP2883647 B1中，已知的方法是改进切割参数的设置，并且特别是当第二切割参数改变时适配或重新调整第一切割参数。然而，该方法还可以改进。特别希望在确定切割参数时能够以动态方式考虑要切割部分的几何形状。

此外，DE102018216873A1示出了一种用激光切割机处理工件的方法和设备。材料参数，特别是材料厚度和涉及激光切割机类型的机器参数，特别是期望的切割边缘质量经由输入单元指定给控制系统。由此，计算机单元使用算法来确定用于处理工件的改进的、优选最佳的处理参数。

US 2019/0375051 A1公开了监视或控制工件上的切割处理。聚焦元件将高能束聚焦在工件上。照相机记录高能束与工件的相互作用区域。控制单元基于检测到的相互作用区域确定切割处理的至少一个特征变量，特别是在切割处理期间形成的切割间隙的至少一个特征变量。

US 2017/0275197 A1公开了一种用于玻璃材料的激光切割方法和激光参数的优化或调节，以实现切割边缘的最高可能质量。

为了在切割金属片和管的应用区域中提高激光切割处理的质量、效率(性能)和资源需求(例如切割气体消耗)，需要一种解决方案来使多个切割参数，特别是动态切割参数适配于横穿切割轮廓的区段的不同的速度和/或加速度，并且能够适配于不同的轮廓进程(曲率)。例如，如果因为在具有高曲率的点处或在拐角中不能足够快速地横穿路径而必须降低处理进给速率，则动态切割参数应对应地自动适配。

因此，本发明本身的目的是提高激光切割处理的质量，同时确保最高可能的生产率。此外，减少了对切割气体的需要。特别地，除了激光功率之外，拐角或具有小半径的区段应该用动态处理值处理，而不是例如直线切割。

在第一方面，本发明涉及一种用于计算第二切割参数数据集的(计算机实现的)方法，第二切割参数数据集用于在(结构性)部分或工件，特别是板状金属片的激光切割期间控制和/或调节激光切割机的激光切割处理，根据该方法，基于切割计划，利用在电子计算单元上执行的以下方法步骤切割出这些部分：

-获取第一切割参数数据集；

-提取运动轮廓对象；

-执行转换算法，转换算法被可加载和/或可执行地存储在电子计算单元的存储器中，以根据所获取的第一切割参数数据集计算并且提供第二切割参数数据集，其中，第二切割参数数据集根据所提取的运动轮廓对象计算。所计算的第二切割参数数据集可以优选地被直接送至激光切割机，例如以速度相关的方式改变焦点位置。

通常，该方法在激光切割处理中进行。例如，可以从切割计划中读入算法所需的输入数据。机器控件指定用于控制机器(激光)的第一切割参数数据集。这可以根据应用通过此处描述的方法来改变，使得机器不再如最初预期的那样用第一切割参数数据集来控制，而是用所计算的第二切割参数数据集来控制。在本发明的优选实施方式中，该方法是计算第二切割参数数据集的方法，第二切割参数数据集然后用于控制机器。在切割期间发生的测量值或传感器数据(例如来自照相机)的反馈是可选的，但不是绝对必要的。基于当前切割速度和/或加速度和/或曲率动态地适配切割参数(焦点位置、气体压力……)；函数目录可以用于此。在本发明的更简单的可替选变体中，该方法也可以在激光切割之前进行。

激光切割尤其涉及用功率为2kW或更大的激光切割金属片或管。

术语“运动轮廓对象”应当理解为电子对象，例如文件或存储单元(例如用于存储在数据库中)，其中存储了与激光切割头要执行的运动相关的数据和/或与要切割的几何形状相关的数据，特别是关于要切割的轮廓的曲率和/或半径的数据。可以从控件(例如CNC)读入运动轮廓对象。例如，运动轮廓对象具体地指示曲率数据和/或关于要切割的任何半径的数据，这些数据可以从切割计划中提取。在运动轮廓对象中存储或使用的数据可以是第一切割参数数据集的一部分和/或可以根据其计算。可替选地或累积地，存储在运动轮廓对象中的数据可以根据切割计划计算。运动轮廓对象可以包括关于运动和/或几何形状的绝对信息或随时间的对应进展信息(例如作为运动轮廓)。可以以范围从0.01ms至10ms，优选地0.05ms至5ms，理想地0.5ms至1.5ms的循环速率或更新速率来生成运动轮廓对象。

在简单的实施方式中，运动轮廓对象因此还可以仅表示运动变量的绝对值，例如加速度值(作为设定点值或设定值，并且因此以绝对形式)、速度值、指示几何形状/轨迹的曲率的曲率值。

曲率可以从切割计划计算和/或由控件指定。曲率由曲线/几何形状的参数导数给出：

其中“r”是半径，“r'”是一阶参数，“r””是曲线的二阶参数导数。

由使用基于运动轮廓对象的转换算法的计算产生的技术优点是基于可选择的运动或几何数据来计算可选择的动态切割参数。在配置阶段，用户因此可以选择为相应的应用制定它们的规范。在第一种情况下，焦点位置可以根据切割速度进行适配，而在第二种情况下，气体压力或另一动态切割参数可以根据加速度进行适配。这可以提高适配方法的灵活性。

在本发明的另一实施方式中，运动轮廓对象包括速度、加速度和/或跃度和/或曲率随时间的进程。原则上，转换算法不仅限于设定点值的速度相关改变，而且还可以根据加速度值、切割路径的曲率和/或其他变量来进行。

第一切割参数数据集和第二切割参数数据集的特征在于可预配置的动态切割参数集。这具有这样的技术优点，即不仅可以使激光功率适配于速度，而且可以使其他动态切割参数能够提供更好的质量，即使对于不同的轮廓要求。优选地，多个切割参数可以被校正或适配(因此术语切割参数数据记录是为了清楚我们正在处理不同的参数集而不仅仅是一个(如前所述：激光功率))。在本发明的有利实施方式中，第一切割参数数据集和/或第二切割参数数据集因此可以包括动态切割参数集，即特别是焦点位置、脉冲图案(脉冲宽度、脉冲频率)、喷嘴距离、气体压力、激光功率、光束参数乘积/BPP和/或焦点直径。当然，切割速度也是动态切割参数之一，其取决于要切割的几何形状，已经由适配于该几何形状的控制系统确定，从而使直线切割更快，并且例如使诸如小角度和半径的精细粒度轮廓更慢。根据本发明，上述其他切割参数也在这些区域中自动适配。

计算单元是用于数据处理的电子模块。电子计算单元可以被设计为单片单元，用于执行第一切割参数数据集的获取，用于提取运动轮廓对象，以及用于执行转换算法。可替选地，计算单元也可以被设计为分布在不同的基于计算机的实体中。这具有以下优点：上述步骤的第一部分可以在第一单元上执行，而第二部分可以在第二单元上执行，因此可以使该方法更加模块化。特别地，可以实现第一控件(例如CNC内核)，在第一控件中执行客户可自由获得的函数(例如用于计算第一切割参数数据集，优选地用于计算用于移动激光切割头的轴驱动器的驱动速度)，在第二控件(例如PLC，可编程逻辑控制单元)中，例如通过访问主要保持专有的函数目录的函数来执行转换算法，因为这些与相对高的开发成本相关。有利的是，函数目录的函数还可以在产品交付之后被进一步开发并经过更新处理。在该实施方式中，处理逻辑部件在第二控制器(例如PLC)中在访问函数目录的情况下通过转换算法来实现，诸如根据速度、加速度和/或曲率计算调整的气体压力和/或焦点位置。可替选地或累积地，两个控件可以保持在一个单元中。可替选地或累积地，可以形成第二分离的单独存储器。用于计算第一设定点值数据集的软件部件被存储在第一存储器中，并且用于计算校正值(第二设定点值数据集)的软件部件可以被存储在第二存储器中。函数目录的函数和/或用于参数化函数的参数可以存储在第二存储器中。也可以离线计算所优化的切割参数，即第二切割参数数据集的参数。计算结果(例如在外部实体上)可以用所谓的M命令来表示，并且例如被写入NC代码中，以随后在激光机上执行或处理该NC代码。这意味着速度由CNC控件再次计算，并且存储为NC代码中的M命令的最佳切割参数被传输至PLC控件。在该实施方式中，由此形成了两个不同的控件，这两个不同的控件可以形成在不同的实体上(在激光机的本地和外部)并且被委托不同的控制和计算任务。这意味着用于计算的专业知识可以非常可变地分配给所涉及的实体。

转换算法是计算机实现的方法，该方法考虑要横穿的几何形状的几何形状数据(曲率、半径)，将例如可以由控制器(例如CNC)读入的第一切割参数集转换为第二切割参数集。为此，使用基于可以存储在外部或内部存储器中的函数目录的转换规则。前者的优点在于，即使在执行该方法时，函数目录仍然可以改变，特别是参数化。以这种方式，可以在公式中设置某些常数，然后将其用于转换。当计算第二切割参数数据集形式的结果时，转换算法考虑运动轮廓对象的数据。几何数据(特别是曲率、半径)存储在运动轮廓对象中。

函数目录可以进行从第一切割参数集到第二切割参数集或其子集的以下转换：

其中：

v_c：指令速度

F：进给速率

A：加速度

K：要切割轮廓的曲率

D：材料厚度

z₀：焦点位置

p_H：气体压力

P_L：激光功率

z_N：喷嘴距离

P_W：激光脉冲宽度

P_F：激光脉冲频率

BPP：光束参数乘积。

转换算法基于速度的两个特性：进给速率和设定点速度。

转换算法优选地在切割期间执行，并用于动态地调整最初预期的切割参数。然后将该调整作为所计算的第二切割参数(数据)集传输至机器的控制器，用于控制目的。

通常，函数目录可以描述如下：

u^*＝f(x)

其中u^*是表示所优化的切割参数的向量。该向量包括局部适配的焦点位置、气体压力、激光功率、脉冲宽度、脉冲频率和喷嘴距离。实际上，通常仅调整焦点位置。根据函数f()和它们的输入x计算所优化的切割参数。这意味着所优化的切割参数部分取决于各种输入，诸如进给速率、切割速度和金属片厚度。对于每个切割参数，都有单独的函数，为了简化措辞，该函数已经被指定为f(x)。f(x)是由各个函数组成的向量：

在每个周期(毫秒周期)中，函数f(x)被调用以获得所优化的切割参数u^*。

进给速率描述了激光切割头可以移动的最大可实现速度。进给速率主要与材料相关(特别是要切割的材料的厚度和/或类型)，并且还取决于激光系统的内置马达和驱动器以及机械部件。进给速率通常由用户通过用户接口上的字段输入，或者通过算法自动计算(例如基于模型)。进料速率也可以由控制单元指定。

与进给速率相反，设定点速度是几何形状相关的。设定点速度可以例如通过CNC控件来计算。根据定义，设定点速度小于或等于进给速率。设定点速度值将低于进给速率值，特别是在曲率或角度的情况下。如果设定点速度值低于进给速率值，并且在后一种情况下，应该校正第一设定点值数据集的动态设定点值。然而，本发明不限于速度相关的设定点值校正，因为这也可以根据加速度、跃度和/或轨迹/几何形状来校正。

用于计算第二切割参数数据集的相应函数的输出是：

其中：

用*标记的变量是运动轮廓对象适配的焦点位置、激光功率、气体压力、脉冲宽度、脉冲频率和喷嘴距离。因此，根据本发明，可以计算关于拐角质量和切割几何形状优化的切割参数：

-

所优化的焦点位置

-

所优化的气体压力

-

所优化的激光功率

-

所优化的脉冲宽度工作激光

-

所优化的脉冲频率工作激光

-

所优化的喷嘴距离。

对于每个输出，存在单独的函数，其取决于输入x

-

所优化的焦点位置

-

所优化的气体压力

-

所优化的激光功率

-

所优化的脉冲宽度工作激光

-

所优化的脉冲频率工作激光

-

所优化的喷嘴距离。

函数可以是线性的或三角的。例如，这导致具有正弦函数作为基底以及指数

的速度相关的焦点位置：

例如，对于线性地与加速度结果相关的焦点位置：

其中A_max：应施加改变的最大加速度。更高的加速度不会导致任何额外的变化。A_min：应施加改变的最小加速度。更低的加速度不会导致任何额外的变化。

动态设定点值(在此例如是焦点位置)的适配或校正可以根据加速度而发生。例如，对于具有正弦函数作为基底以及指数

的加速度相关的焦点位置：

利用此处提出的方法，可以实现显著的优点。以这种方式，特别是考虑到当前的处理条件(机器/几何形状)，可以提高切割部件的质量。

在本发明的优选实施方式中，该方法还包括：

-获取要切割的部件的材料特性，特别是金属片厚度和/或材料类型；

-其中，用于计算第二切割参数数据集的转换算法考虑了所获取的材料特性，特别是金属片厚度和/或材料类型。

材料类型表示材料类型，诸如结构钢、铝等。金属片厚度对切割参数的最大改变有影响。例如，速度v＝0时钢的焦点位置的最大改变由金属片厚度D定义：

如果切割3mm钢，则最大改变(在速度0处)为2.25mm。同样地，在配置阶段中，可以定义与例如另一常数的其他关系；因此公式可以是：

那么切割参数的最大改变(在上述公式中，例如作为

)是金属片厚度D和附加可调参数或前因子α_z0的因子。取决于材料的类型和质量，可以不同地选择该前因子α_z0。然而，切割参数的最大改变与金属片厚度D之间的关系也可以是非线性的，使得例如可以使用以下公式：

激光功率通常在0至约30千瓦的范围内。在熔融切割期间，气体压力在1巴与25巴之间的范围内，在火焰切割期间，气体压力在0.5巴左右。焦点位置可以在-100mm与+100mm的范围内，并且焦点直径通常在100微米与600微米之间的范围内。例如，BPP可以在1mm*mrad至5mm*mrad的范围内，并且喷嘴距离可以是0.1mm至若干毫米。以这样的方式选择第一切割参数数据集的校正值，使得第二切割参数数据集(具有适配的或校正的切割参数)仍然在前述的、可预配置的目标范围内。

在本发明的另一优选实施方式中，运动轮廓对象可以指示切割几何形状上的点的速度，加速度和/或跃度的值和/或切割几何形状的位置处的曲率的值或前述变量随时间的进程，例如作为速度轮廓、加速度或跃度轮廓随时间的进程。

根据本发明的另一有利实现方式，转换算法可以根据存储在存储器中的函数集为动态切割参数中的每个动态切割参数计算专用函数。

在另一有利实施方式中，(函数目录的)函数集可以是可参数化的。这意味着该方法可以连续地适应新的发展，并且通过简单地参数化函数而连续地改进。

在另一有利实施方式中，所提供的第二切割参数数据集可以被直接传输至激光切割机上的控制器，用于控制和/或调节激光切割处理。这增加了自动化程度。

在另一有利实施方式中，提供了并且可以在配置阶段中设置仅在满足可预配置的改变条件时执行转换算法。例如，可以通过为运动轮廓对象的选定值指定限制值来定义改变条件(例如，如果设定点速度下降低于进给速率值的值x，或者如果加速度达到值y，或者如果曲率超过值z，等等)。因此可以提高方法的适应性。

在另一有利实施方式中，可以在转换算法中实现线性或三角函数。该函数可以以最一般的形式指定为f(x)＝u^*。在另一有利实施方式中，转换算法可以针对针对(要遵循的)轨迹的每个点或区段动态地计算第二切割参数数据集。这意味着即使在不同的运动模式下也可以确保质量。在又一有利实施方式中，可以计算用作转换算法的输入变量的加速度和/或跃度轮廓。由转换算法计算的第二设定点值数据集相对于轨迹是位置相关和时间相关的。因此针对轨迹的每个位置和每个时间点动态地生成第二设定点值数据集。

以上已经使用该方法描述了目标的实现。以这种方式提及的特征、优点或替选实施方式也应当转移到其他要求保护的对象，反之亦然。换句话说，讨论中的权利要求(其例如指向激光切割系统或计算单元)也可以利用结合该方法描述和/或要求保护的特征来进一步开发。方法的对应功能特征由此由系统或计算机产品的对应主题模块，特别是硬件模块或微处理器模块形成，并且反之亦然。

根据另一方面，本发明涉及用于执行转换算法的电子计算单元，其具有：

-用于获取第一切割参数数据集的接口(例如用户接口)；

-处理器，其被设计成提取运动轮廓对象并且还被设计成执行转换算法，转换算法被可加载地和/或可执行地存储在电子计算单元的存储器中，以根据所获取的第一切割参数数据集计算并且提供第二切割参数数据集，其中，第二切割参数数据集根据所提取的运动轮廓对象计算。

电子计算单元可以另外包括用于读入切割计划的接口，从该切割计划例如可以计算第一切割参数数据集，然后通过转换算法验证或校正第一切割参数数据集。

根据另一方面，本发明涉及激光切割系统，其具有：

-电子计算单元，如上所述，电子计算单元可以在控制器上实现，以及

-由控制器控制和/或调节的激光切割机。

用于计算对用于操作激光切割处理的设定点值的校正的方法优选地是计算机实现的。所有或选定的方法步骤可以由具有处理器(CPU、GPU等)的一个或更多个计算机单元上的一个或更多个计算机程序来执行。该方法可以包括通过不同类型的合适传感器(光学、声学和/或其他类型的传感器)测量传感器数据(例如，当前测量的进给速率)。根据所测量的信号的类型，可以使用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。因此，传感器数据的测量还可以包括读入数字信号。

该目的的另一解决方案提供了一种具有计算机程序代码的计算机程序，当在计算机上执行计算机程序时该计算机程序代码用于执行以上更详细描述的方法的所有方法步骤。也可以将计算机程序存储在计算机可读介质上。

附图说明

图1示出了由计算单元控制的激光切割机的示意图；

图2是不同实施方式中用于计算第二切割参数集的方法的流程图；

图3是根据本发明的第一优选实施方式的结构的示意图，以及

图4是根据本发明的第二优选实施方式的可替选结构的示意图；

图5示出了作为切割参数的与加速度线性地相关的焦点位置的校正的示例；

图6在另一示例中示出了作为切割参数的具有正弦函数作为基底以及指数的焦点位置的加速度相关的校正，以及

图7示出了作为切割参数的气体压力的基于速度的校正的另一示例；

图8a示出了根据现有技术的没有校正切割参数的切割结果，以及

图8b示出了通过使用该计算方法根据本发明对切割参数进行校正的切割结果，以及

图9示出了焦点位置中的速度相关改变的图形表示的示例。

结合附图对有利实施方式的描述

本发明涉及用于校正激光机L的切割参数的计算机实现的方法，激光机L通常以超过2kW的功率操作。它尤其可以用于切割金属片和管。

根据本发明的方法实现了用于校正或适配切割参数以提高质量的智能转换算法，尤其是在切割小半径和拐角时，其中必须降低激光切割头的设定点速度，从而可以保证足够的切割质量。

根据本发明的方法的有利技术效果由申请人在测试系列中测试。在图8A中示出了工件WS，其已经用未适配的或校正的切割参数，特别是第一切割参数数据集1SP进行切割。如图8A所示，该切割在拐角和半径以及切口中具有熔融区域。与此相反，在图8B中使用了根据本发明的方法并且校正了切割参数；用通过转换算法计算的第二切割参数数据集2SP切割工件WS。可以看出，拐角和半径以及最先和最后切割中的质量也是良好的。根据本发明，可以以恒定的或甚至改进的性能(用于切割部分的时间)确保该质量。

图1示出了具有喷嘴D的激光切割机L，喷嘴D被设计成切割例如板状金属片或金属管，也称为工件WS。激光机L的具体结构对于本发明的实现并不重要。通常，多个传感器，例如以光电二极管4的形式，可以集成至激光头中，例如以拍摄切割间隙的照片，从而能够基于其评估切割结果的质量。激光机L可以包括控制器C(图1中未示出)，控制器C被设计成执行外部指令和可能的参数化指令，并控制或调节激光切割处理。在当前情况下，计算单元RE可以被设计成计算并提供至少一些外部指令，并将它们传输至控制器C以用于执行。计算单元RE是作为网络中的节点提供的电子实体。例如，它可以是基于云的服务器的一部分。电子计算单元RE(在下文中也简称为计算单元RE)包括处理器P。如图1中更详细地示出的，计算单元RE包括用于执行过程、函数并且特别是转换算法的处理器P。计算单元RE与其他实体进行数据交换。特别地，可以提供外部存储器MEM，计算单元RE访问该外部存储器MEM以调用用于函数的参数化的参数，用于适配切割参数以及相应的函数。然后将相应的(优选地为参数化的)函数加载至计算单元RE上，并且在那里可以用于执行。此外，计算单元RE被设计为接收附加数据集。计算单元RE因此可以包括用户可以在其上进行输入的用户接口UI。例如，可以在用户接口UI上获取第一切割参数数据集1SP。可替选地，第一切割参数数据集IDS也可以从存储器(例如，类似表格的数据结构)中读出，例如作为标准参数数据集。计算单元RE还可以与另一控制单元CNC进行数据交换，以便具体地接收切割计划sp和/或切割计划相关数据。“切割计划相关数据”是包括在切割计划sp中或者可以从其中推导出的数据。切割计划相关数据包括例如进给速率、加速度、要切割的几何形状的曲率比等。

在本发明的第一变体中，计算单元RE可以被设计成从所接收的数据中，尤其是从切割计划sp以及可能标准化的预设切割参数中提取或计算运动轮廓对象bpo。对于几何形状(要切割部分的周边)上的特定位置，激光头的驱动轴的速度、加速度和/或跃度(随时间的导数)的值可以存储在运动轮廓对象bpo中。在运动轮廓对象bpo中，也可以累积地或可替选地存储切割几何形状上的点的曲率值。在变体中，指定变量(速度、加速度、跃度、曲率)随时间的进程(course)也可以存储在运动轮廓对象bpo中。

在本发明的第二变体中，运动轮廓对象bpo可能已经在计算单元外部的实体上被提取，例如在CNC控件上被提取。在这种情况下，运动轮廓对象bpo不需要在计算单元RE上计算，而是已经可以经由接口以处理形式读入并直接处理。

在获取第一切割参数数据集1SP和所提取的运动轮廓对象bpo之后，计算单元RE可以使用参数化函数目录的函数，使用转换算法将第一切割参数数据集1SP转换成第二切割参数数据集2SP。可以这样说，第二切割参数数据集2SP用作所修改的CNC代码，并被直接传输至激光切割机L的内部控制器C，用于控制激光切割机L(或其轴/轴驱动器)。因此，激光切割机L不像以前那样以CNC控件的规格操作，而是以包括在第二切割参数数据集2SP中编码的校正设定值的所修改的代码操作。

图2示出了在不同实施方式中根据本发明的计算方法的序列(在图中由虚线圆表示)。

在方法开始之后，在步骤S1中获取第一切割参数数据集1SP。在步骤S2中，提取运动轮廓对象bpo。在本发明的第一变体中，然后可以在步骤S4中执行转换算法。然后可以结束方法。在本发明的第二变体中，可以任选地在步骤S3中获得要切割材料的材料特性。在该方法步骤中，可以指定例如要切割材料(例如金属片)的厚度以及材料的类型(例如铝或钢等)。然后，用于计算第二切割参数数据集2SP的转换算法可以考虑材料特性的前述变量。因此，校正或适配的切割参数数据集，即第二切割参数数据集2SP可以更好地与相应的应用匹配。

原则上，获取S1第一切割参数数据集、提取S2和获取S3材料特性的方法步骤的顺序不是固定的，并且还可以变化，使得这些方法步骤可以以不同的顺序(例如S2、S3、S1)或甚至并行地执行。

在优选实施方式中，所提供的是，在步骤S5中将所计算的第二切割参数数据集2SP直接并且自动地传输至用于控制和/或调节的激光切割机L的控制器C。然而，该步骤是可选的，因此在图2中以虚线示出。然而，在本发明的变体中，可以提供的是，所计算的第二切割参数数据集2SP被馈送至验证处理，因为它在用户接口UI上输出，并且在验证期间，在用户接口UI上获取验证信号，该验证信号指示所校正的切割参数数据集的验证。在这种情况下，第二切割参数数据集2SP仅在已经获取了验证信号之后被发送至控制器C，从而可以提高校正方法的安全性。

激光切割系统的可能的结构设计如图3所示。在该变体中，电子计算单元RE经由数据连接而连接至作为外部实体的激光切割机L。计算单元RE例如可以部署在基于云的服务器(图3中的“云”)上，该服务器经由互联网连接而连接至激光切割机L。在这方面，图3所示的实施方式与图1中更详细地描述的一致。如上所述，电子计算单元RE用于计算第二切割参数数据集2SP，该第二切割参数数据集2SP经由数据连接被直接传输至激光切割机L的控制器C。在这种情况下，可以这样说，在CNC控件CNC与激光机内部的控制器C之间实现计算单元RE。可替选地，也可以在控件CNC上实现计算单元RE。

与图3相比，图4示出了可替选实施方式。在这种情况下，计算单元RE直接安装在激光切割机L的控制器C上。计算单元RE和/或控制器C可以可选地与外部控件CNC进行数据交换，特别是接收控制数据。

如上所述，转换算法基于函数目录的函数。函数可以是线性的或三角的。在本发明的其他实施方式中，可以选择其他类型的函数。例如，转换算法可以使用正弦函数作为基底以及指数

来确定速度相关的焦点位置，如下：

对于与加速度线性相关的焦点位置，转换算法可以访问函数目录的以下函数：

其中A_max是应当施加改变的最大加速度。更高的加速度不会导致任何额外的变化。A_min指示施加改变的最小加速度，如图5所示。更低的加速度不会导致任何额外的变化。以

以及/>

为示例。

该线性关系在图5中图示为示例，其中示出了横坐标上的加速度和纵坐标上的适配的焦点位置f^z0(x)。

对于焦点位置的加速度相关的校正，转换算法可以例如使用正弦函数作为基底以及指数

来计算，如下：

图6示出了

以及/>

时焦点位置/>

的基于速度的适配的示例。在本例中，选择“4”作为正弦函数的指数；或者，可以使用二次正弦函数。

对于气体压力的速度相关改变，转换算法可以例如使用正弦函数作为基底以及指数

来计算，如下：

在图7中图示了示例，其中，横坐标上的切割速度v_c和纵坐标上绘制的根据切割速度的所优化或适配的焦点位置。

当通过转换算法根据加速度或速度调整气体压力时，产生对应的曲线图。

在本发明的另外的实施方式中，可以使用速度、加速度和曲率相关调整的更复杂的函数和组合：

其中曲率半径可以从切割计划sp读取。此处以“2”和“12”为示例给出指数。原则上，函数的指数可以根据材料和参数相关性而不同地设置。因此，指数可以优选地是参数化的。

图9再次示出了使用焦点位置的示例(也表示其他动态切割参数)来执行切割参数的适配或校正的情况。转换算法可以优选地根据材料和金属片厚度来缩放。图9示出了当当前进给速率与最大进给速率的比率为零或非常低时，也就是说，当由于进给速率而使得轨迹区段可以比最大可能速度移动得慢得多时，焦点位置被校正至最大值。如果切割速度v_c对应于最大进给速率v_c＝F_max，则焦点位置不被适配，即Δz0/z0为零。

最后，应当注意，本发明的描述和示例性实施方式不应被理解为对本发明的特定物理实现的限制。结合本发明的各个实施方式解释和示出的所有特征可以在根据本发明的目的中以不同的组合提供，以同时实现其有利效果。

本发明的保护范围由所附权利要求给出，并且不受说明书中所示或附图中所示的特征的限制。

对于本领域技术人员来说特别明显的是，本发明不仅可以用于设置某些处理参数，诸如焦点位置，而且可以用于其他处理参数，诸如用于调整或校正气体压力。此外，设备或计算单元的部件可以被生产为分布在多个物理产品上。

Claims

1.一种用于计算第二切割参数数据集(2SP)的方法，所述第二切割参数数据集(2SP)用于在部件(WS)的激光切割期间控制和/或调节激光切割机(L)的激光切割处理，所述方法具有在电子计算单元(RE)上执行的以下方法步骤：

-获取(S1)第一切割参数数据集(1SP)；

-提取(S2)运动轮廓对象(bpo)；

-执行(S4)转换算法，所述转换算法被可加载地和/或可执行地存储在所述电子计算单元的存储器中，以根据所获取的第一切割参数数据集(1SP)计算并提供所述第二切割参数数据集(2SP)，其中，根据所提取的运动轮廓对象(bpo)计算所述第二切割参数数据集(2SP)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：

-获取(S3)要切割的所述部件(WS)的材料特性，特别是金属片厚度和/或材料类型；

-其中，用于计算所述第二切割参数数据集的所述转换算法考虑所获取的材料特性，特别是所述金属片厚度和/或所述材料类型。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一切割参数数据集(1SP)和/或第二切割参数数据集(2SP)包括动态切割参数，即特别是切割速度、焦点位置、脉冲图案、喷嘴距离、气体压力、激光功率、光束参数乘积/BPP和/或焦点直径。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述运动轮廓对象(bpo)指示切割几何形状上的点的速度、加速度和/或跃度和/或曲率的值或前述变量随时间的进程。

5.根据紧接的前述权利要求所述的方法，其中，所述转换算法根据存储在存储器(MEM)中的函数集为所述动态切割参数中的每个动态切割参数计算专用函数。

6.根据紧接的前述权利要求所述的方法，其中，所述函数集能够被参数化。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所提供的第二切割参数数据集(2SP)被直接传输至所述激光切割机(L)上的控制器(C)以用于控制和/或调节所述激光切割处理。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，仅当满足可预配置的改变条件时，特别是当所述运动轮廓对象(bpo)超过或低于预定极限值时，才执行所述转换算法。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述转换算法被实现为线性或三角函数。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述转换算法针对轨迹的每个点或区段动态地计算所述第二切割参数数据集(2SP)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，计算加速度和/或跃度轮廓，所述加速度和/或跃度轮廓用作所述转换算法中的输入变量。

12.一种具有计算机程序代码的计算机程序，当在计算机、电子实体和/或计算单元(RE)上执行所述计算机程序时，所述计算机程序代码用于执行前述要求保护的方法的所有方法步骤。

13.一种用于执行转换算法的电子计算单元(RE)，具有：

-用于获取第一切割参数数据集(1SP)的接口(UI)；

-处理器，其被设计成提取运动轮廓对象(bpo)并且还被设计成执行转换算法，所述转换算法被可加载地和/或可执行地存储在所述电子计算单元(RE)的存储器中，以根据所获取的第一切割参数数据集(1SP)计算并且提供所述二切割参数数据集(2SP)，其中，根据所提取的运动轮廓对象(bpo)计算所述第二切割参数数据集(2SP)。

14.一种激光切割系统，具有：

-根据前述权利要求所述的电子计算单元(RE)，以及

-由控制器(C，RE)控制和/或调节的激光切割机(L)。

15.根据前述系统权利要求中任一项所述的激光切割系统，其中，所述电子计算单元(RE)在所述控制器(C)上实现。