CN117295579A - 用于识别加工过程中的干扰的方法以及加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在加工过程中、尤其在切割过程中识别干扰的方法，该方法包括：在使加工工具、尤其激光加工头和工件彼此相对运动的同时，对工件进行加工、尤其进行切割；记录工件上待监测区域的图像，所述待监测区域包括加工工具与工件的相互作用区域(18)；以及评估待监测区域的图像，用于识别加工过程的至少一个干扰。为了识别干扰，在评估图像期间，在加工过程的进给方向(V)上，检测相互作用区域(18)内的强度分布(I)中是否存在局部强度下降(ΔI)。本发明还涉及一种相关的加工机。

Description

用于识别加工过程中的干扰的方法以及加工机
技术领域
本发明涉及一种用于识别加工过程中、尤其在切割过程中的至少一个干扰的方法，该方法包括：在使加工工具、尤其激光加工头和工件彼此相对运动的同时，对工件进行加工、尤其进行切割；记录工件上待监测区域的图像，所述待监测区域包括加工工具与工件的相互作用区域；以及评估待监测区域的图像，用于识别加工过程的至少一个干扰。本发明还涉及一种加工机，该加工机包括：加工工具、尤其激光加工头，该加工工具、尤其激光加工头用于对工件进行加工、尤其进行切割；运动装置，该运动装置用于使加工工具和工件彼此相对运动；图像捕获装置，该图像捕获装置用于记录工件上待监测区域的图像，所述待监测区域包括加工工具、尤其激光加工头与工件的相互作用区域；以及评估装置，该评估装置被配置成基于对待监测区域的图像的评估来识别加工过程的至少一个干扰。
背景技术
在例如呈2-D激光切割机形式的面式加工的加工机的情况下，在使用加工射束(例如，等离子束或激光束)的切割过程形式的加工过程中可能出现不完整切割形式的干扰作为干扰。在不完整切割的情况下，加工射束不再切穿整个(金属)工件，因为路径能量不足以熔化整个切割间隙体积。
DE 10 2013 209 526 B4提出记录工件的待监测区域的图像，该待监测区域包括高能射束与工件之间的相互作用区域，用于当用所述高能射束、尤其激光束进行切割时识别不完整切割。评估图像以检测相互作用区域的与切割前沿相反的端部处的熔渣滴，并且基于熔渣滴的出现来识别不完整切割。可以基于相互作用区域在其与切割前沿相反的端部处的几何形状的变化和/或基于相互作用区域的与切割前沿相反的端部的图像中出现局部强度最小值来检测熔渣滴。
WO 2016/181359 A1描述了可以使用光电二极管形式的探测器来检测短暂的不完整切割，所述光电二极管以拖曳式方式(即，向后看向割缝内)设计，并且探测器的观察方向相对于工作激光束的光轴以大于5°的极角定向。所述出版物还描述了，当识别出不完整切割时，可能出现伪缺陷，因为其他影响(如增加的切割速度或更宽的割缝)可以以类似的数量级叠加在由不完整切割引起的影响上。
DE 10 2018 217 526 A1披露了一种方法，其中基于工件上的监测区域来确定加工过程的过程质量的至少一个特征，该监测区域可以包括加工区域与工件之间的相互作用区域。在该方法中，基于相同加工位置处的至少一个特征的多个测量值来确定过程质量的至少一个位置相关特征，和/或基于至少一个特征在相同加工方向上的多个测量值来确定过程质量的至少一个方向相关特征。
借助于其中描述的方法，可以识别干扰位置区域，这些干扰位置区域取决于加工位置或工作空间中的位置，但基本上不取决于待切割轮廓的几何形状、加工过程的类型(例如，火焰切割或熔合切割)和加工参数。位置相关干扰的具体示例尤其包括支撑杆，这些支撑杆布置在工作空间中并且当被熔渣污染时可能损害加工过程，从而损害切割结果。不切割、不完整切割、熔渣附着、毛刺和飞溅的形成、以及切割边缘烧坏等形式的干扰只是受污染的支撑杆损害切割过程的几个示例。
DE 10 2017 210 182 A1披露了一种方法，其中通过捕获装备来捕获支撑板条的横向范围的实际状态。例如，支撑板条的实际状态可以通过应用光学方法(即，来自光学计量学的方法和/或成像方法)来捕获。在前一种情况下，支撑板条可以布置在捕获装备的光学发射器与光学传感器之间，并且支撑板条的横向范围可以被光束成像到光学传感器上。在后一种情况下，支撑板条和捕获装备的相机可以彼此相反地定位，并且支撑板条的横向范围的图像通过相机来记录。
EP 2 082 813 A1中描述了一种方法，其中通过光学传感器捕获支撑板条轮廓的实际值，以便监测工件支撑件是否存在待去除的沉积物。
发明内容
本发明所基于的任务是提供一种用于可靠地识别加工过程中的干扰的方法和加工机。
根据本发明，该任务通过开篇阐述的类型的方法来实现，其特征在于：为了识别干扰，在评估图像时检测相互作用区域内沿着加工过程的进给方向的强度分布中是否存在局部强度下降。
在加工过程期间，例如在激光切割期间，相互作用区域(过程发射区或过程光)的图像通过成像传感器系统或图像捕获装置实时(例如，以超过400Hz的频率)捕获并借助于合适的图像处理算法进行实时评估，以便提取或分析相互作用区域的特征，这允许在加工过程期间识别干扰。
在借助在评估相互作用区域的图像时提取的特征来识别干扰的过程中重要的是进行合理性检查，以便能够过程可靠地识别干扰的存在或干扰的类型。发现，在识别加工过程的呈不完整切割形式的干扰时，单纯基于相互作用区域的几何特征、例如基于相互作用区域的长度，不能在真实不完整切割与伪不完整切割之间进行明确的区分。如果在切割过程期间发生其他干扰，例如由工件安装座的支撑杆或工件类型(例如双金属片)引起的并且以与在不完整切割的情况中相同的方式改变相互作用区域的几何特征的干扰，则可能发生这种伪不完整切割。
在这些情况下，也就是说，在“干扰的”切割过程的情况下，通常不能单纯基于相互作用区域的几何特征来对不完整切割进行过程可靠的识别，也就是说，即使在切割过程期间没有发生不完整切割，也可以识别出不完整切割。然而，相互作用区域在进给或切割方向上(也就是说，沿着工件与加工工具之间的瞬时相对运动的方向)的强度分布可以用于区分是否存在不完整切割。然而，通常额外需要相互作用区域的进一步的几何特征来识别不完整切割，如下文详细描述的。
在无干扰切割过程的情况下，强度分布中的局部强度下降通常发生在切割前沿或相互作用区域的实际预期(标称)端部的区域中。然而，如果存在不完整切割，则相互作用区域在进给方向上的长度被延长，结果是，局部强度下降不是发生在相互作用区域的端部而是发生在相互作用区域内，也就是说，进给方向上的强度相对于强度下降之前和之后的局部强度最小值或局部强度最小值而增加。
例如，如果相互作用区域内的强度分布具有局部最小值，该局部最小值的强度值低于相互作用区域内的最大强度值的预定的百分比分量，例如小于最大强度值的80％，则可以检测到局部强度下降的存在。强度分布的强度值在进给方向上在局部强度最小值的上游和下游增加，直到强度分布在相互作用区域的前端和后端急剧下降。检测到局部强度下降的最大强度值的百分比分量不必预先确定，而是可以可选地基于当前工作点来确定。
替代的或附加的进一步标准可以可选地用于检测局部强度下降的存在或不存在。例如，可以基于强度分布的梯度(也就是说，基于强度分布在进给方向上的导数)来检测局部强度下降的存在或不存在。强度分布的梯度具有零交叉，其中梯度在相互作用区域内的强度分布的局部最小值处从负值增加到正值。梯度的零交叉位于梯度的局部最小值与局部最大值之间。同样可以基于梯度的分布、例如基于局部最小值或局部最大值的绝对值(其表示局部强度下降的陡度的测量)来检测局部强度下降。例如，为此可以使用局部最小值或局部最大值的位置处的梯度的绝对值或者梯度从局部最小值到局部最大值的增加并且将其与阈值进行比较。
在一个变体中，只有当在相互作用区域内检测到不存在局部强度下降的情况下，才将不完整切割识别为切割工件时的干扰。这里利用的是，在真实不完整切割的情况下，切割方向上的强度分布不具有局部强度下降(“不连续性”)，因此也没有局部强度最小值，或者仅具有稍微偏离最大强度值的局部强度最小值，然而，这典型地是支撑杆形式的干扰或存在双金属片的情况，因为材料流中的这种“干扰”在相互作用区域的相应点处产生较低的过程排放。因此，可以基于相互作用区域内的强度分布来区分真实不完整切割和伪不完整切割。
在一个变体中，为了识别干扰，在评估图像时检测或通过图像分析来确定相互作用区域的至少一个几何特征，尤其相互作用区域在进给方向上的长度。如上所述，相互作用区域的几何特征可以用于识别加工过程中的干扰，尤其不完整切割形式的干扰。在这种情况下，几何特征可以与相互作用区域的其他特征组合，例如与相互作用区域中或过程光关注区域中的强度或强度分布(见下文)进行组合，以便识别相应的干扰。
在该变体的拓展中，如果与相互作用区域的长度相关的特征参量超过阈值并且如果在相互作用区域内检测到不存在局部强度下降，则识别到切割加工中的不完整切割。
与相互作用区域的长度相关的特征参量是与相互作用区域的长度相关的函数。在最简单的情况下，特征参量是相互作用区域的长度本身。该特征参量还可以是与相互作用区域的长度成比例的参量，也就是说，相互作用区域的长度乘以加权因子。然而，相互作用区域的特征参量与长度之间也可能存在更复杂的关系。除了相互作用区域的长度之外，所记录的图像的其他参数可以包括在该特征参量中，例如所记录的图像或所记录的图像的部分区域的(平均)强度、相互作用区域的宽度等。
阈值可以是绝对值；然而，阈值也可以是特征参量的当前/限定的工作点的百分比变化。在这种情况下，基于图像确定的特征参量与当前预定的特征参量相关。为此，例如可以形成基于图像确定的特征参量与工作点下的特征参量的商。在这种情况下，将商与阈值进行比较。
在这种情况下，为了识别不完整切割必须满足两个标准：一方面，该特征参量必须超过预定的阈值(不完整切割阈值)，另一方面，必须满足在相互作用区域内在强度分布中不发生局部强度下降的标准。在相互作用区域的分别记录的图像中在给定(短)路径长度(例如大约10mm的量级)上满足两个标准的情况下，存在不完整切割。在这种情况下，可以干预加工过程，例如可以触发进给停止，或者可以生成并输出信息/警告/错误消息。
为了计算该特征参量，确定相互作用区域(即过程光的过程区)的长度的精确表达。随后，借助来自工艺区或待监测区域的数据来确定过程光关注区域的大小。典型地，过程光关注区域的表达在进给方向上延伸至喷嘴边缘(当穿过加工喷嘴记录图像时)，并且在相互作用区域的、横向于进给方向的整个宽度上延伸。例如，通过将强度与强度阈值进行比较或者通过评估强度梯度来确定相互作用区域的长度。例如，长度测量期间的强度阈值可以计算为过程光关注区域的平均强度(见上文)与加权因子的商的形式。
切割前沿或相互作用区域(过程发射)的对于例如相机形式的图像捕获装置可见的表达通常可以被一直检测到工件的下侧。相互作用区域的变化(延长)是由切割过程的干扰引起的，比如进给、焦点位置、气体压力、光学器件的污染、支撑杆、双金属片形式的工件等。在实际的切割运行中，主要是支撑杆(较少见是双金属片)引起切割前沿或相互作用区域、尤其在进给方向上的长度发生显著变化。
如上所述，如果发生这些干扰，则特征参量的变化是真实不完整切割的情况下的变化的量级。因此，仅利用该特征参量不可能区分真实不完整切割和伪不完整切割。只有通过基于验证强度分布中是否发生局部强度下降以及时间或路径长度相关观察的合理性检查才能可靠地识别不完整切割。典型地，只有在给定路径长度上满足这两个标准才会识别出不完整切割。
在另一变体中，在加工位置处检测、尤其多次检测到局部强度下降被指配给加工过程在加工位置处的位置相关干扰，尤其支撑杆的存在。如上所述，受污染的支撑杆特别可以代表位置相关干扰，其损害加工过程，尤其切割过程。如果支撑杆或其他位置相关干扰的加工位置是已知的，那么对于加工过程，例如对于要切割的零件或轮廓，可以相应地考虑这些位置。
为了找到例如由于支撑杆发生位置相关干扰的加工位置，相互作用区域的强度分布中局部强度下降形式的干扰的发生被指配给设备坐标(X/Y/Z)中的当前加工位置。基于这些坐标，可以精确地确定并且可选地分类加工机的工作空间中的位置相关干扰，比如支撑杆或支撑杆的各个位置处的热点，如下文所述。
在一个拓展中，基于强度分布、尤其基于强度分布的梯度来确定位置相关干扰的程度、尤其支撑杆的(局部)污染的程度。可以基于局部强度下降的区域中的强度分布的梯度来推断位置相关干扰的表达，即大小。例如，可以基于局部强度下降的区域中的强度分布的梯度的局部最小值或局部最大值的绝对值来确定支撑杆的污染程度。原则上适用的是，梯度就绝对值而言的较小的局部最小值或局部最大值可以被指配给支撑杆的较大污染程度，反之亦然。替代地或另外，还可以基于所记录的图像的强度分布中的局部强度下降的大小来确定位置相关干扰的程度。原则上适用的是，就绝对值而言较大的强度下降可以被指配给加工位置处支撑杆的较小(局部)污染程度，反之亦然。
支撑杆的污染程度影响加工过程的干扰程度：在特定加工位置只有少量熔渣或污染的“新”支撑杆对切割过程仅具有很小的影响，而“旧的”、污染严重的支撑杆可能对特定加工位置的加工过程具有关键影响。
位置相关干扰的大小或程度可以被用来调适加工过程，例如切割过程，更精确地是切割过程的切割程序，以便相应地考虑位置相关干扰变量或干扰程度，或者以便在加工过程的范围内执行程序的改变或控制的改变。例如，取决于(多个)位置相关干扰的程度，可以实施对工件上要切割的工件部分的(重新)嵌套、应用规划的调适、严重污染的支撑杆的可选更换等。不言而喻的是，与干扰程度或污染程度相关的信息也可以被适当地制定和/或显示给使用者。
干扰的类型还可以基于相互作用区的进一步特征、例如基于相互作用区的宽度和/或长度来分类。也可以确定干扰的表达，即干扰的大小或程度。为此，可以在切割过程期间和/或在其历史过程中，例如通过多次切割或越过同一个机器位置来捕获干扰的局部表达和轮廓。除了位置相关干扰之外或作为位置相关干扰的替代，取决于加工方向的干扰也可以通过评估相互作用区域的图像或图像的时间序列来识别，并且例如，可以如开篇引用的DE 10 2018 217 526 A1中所述地那样确定所述干扰的类型或表达，该文件的全部内容通过援引并入本申请的内容中。
在另一变体中，基于对相互作用区域的多个时间上连续的图像的评估来推断加工过程的干扰的类型。如上所述，加工期间的轨迹以及因此当前加工位置相对于工作空间是已知的。这允许将所记录的图像指配给加工位置或工作空间。
支撑杆典型地沿第一方向(例如，X方向)布置在工作空间中预定坐标处，并沿第二方向(Y方向)延伸。因此，在X方向上的某些位置，在Y方向上出现反复的或(在杆上有大量熔渣的情况下)可选的持续干扰。相比之下，干扰通常局部地限制在X方向上，更精确地限制支撑杆在X方向上的范围内。因此，通过评估多个连续图像，可以推断出加工过程的呈支撑杆形式的位置相关干扰。
对于双金属片特征性的工作空间中的位置相关干扰和方向相关干扰也可以基于相互作用区域的多个图像来确定，这些图像在沿着轨迹移动期间被指配给相应的加工位置和加工方向。例如，可以以这种方式推导出双金属片形式的干扰。
本发明的另一方面涉及一种开篇阐述的类型的加工机，其中评估装置被配置成，为了识别干扰，在评估图像期间检测相互作用区域内沿加工过程的进给方向的强度分布中是否存在局部强度下降。如果在加工过程期间支撑杆或双金属片被瞬间越过，则强度分布中存在局部强度下降，否则该强度分布在相互作用区域内基本恒定。
例如，如果相互作用区域内的强度分布具有局部最小值，该局部最小值的强度值低于相互作用区域内的最大强度值的预定百分比分量，例如小于最大强度值的80％，则可以检测到局部强度下降。强度分布的强度值在进给方向上在局部强度最小值的上游和下游增加，直到强度分布在相互作用区域的前端和后端急剧下降。
替代地或另外，还可以基于强度分布的梯度来检测局部强度下降的存在或不存在。如上所述，为此，可以例如使用相互作用区域内的局部最小值或局部最大值的位置处的梯度的绝对值或者梯度从局部最小值到局部最大值的增加并且将其与阈值进行比较。
在实施例中，评估装置被配置成，只有当在相互作用区域内检测到不存在局部强度下降的情况下，才将不完整切割识别为切割工件中的干扰。如果不存在局部强度下降，则典型的情况是没有支撑杆被越过或者不存在双金属片，也就是说切割过程不受这些干扰变量的影响。在这种情况下，可以单纯基于几何标准或基于相互作用区域的几何特征来推断不完整切割的存在。
在另一实施例中，评估装置被配置成，为了识别干扰，在评估图像期间检测相互作用区域的至少一个几何特征，尤其相互作用区域在进给方向上的长度。如上所述，尤其可以基于相互作用区域的几何特征来识别干扰的类型，也就是说，可以对干扰进行分类。例如，如果未满足给定的不完整切割标准，则可以使用相互作用区域在进给方向上的长度来识别不存在不完整切割。
在一个拓展中，评估装置被配置成：如果与相互作用区域的长度相关的特征参量超过阈值并且如果在相互作用区域内检测到不存在局部强度下降，则识别出切割期间的不完整切割。为了对不完整切割进行过程可靠的识别，需要满足这两个标准，也就是说，一方面，特征参量必须超过给定的阈值，另一方面，在相互作用区域内可以检测到不存在局部强度下降。
在另一实施例中，评估装置被配置成，将在加工位置处检测、尤其多次检测到局部强度下降指配给加工过程在加工位置处的位置相关干扰，尤其支撑杆的存在。如果在同一个加工位置(当加工不同的工件时)发生至少两次或两次以上的局部强度下降，则支撑杆很可能存在于该加工位置处，也就是说，实际上可以排除双金属片形式的干扰。以这种方式，可以将严重污染的支撑杆形式的干扰以过程可靠的方式与双金属片形式的干扰区分开。
在另一实施例中，评估装置被配置成基于强度分布、尤其基于强度分布的梯度来确定位置相关干扰的程度、尤其支撑杆的污染程度。如上所述，在位置相关干扰的区域中梯度的局部最小值或局部最大值的绝对值相对较小的情况下，存在严重污染的支撑杆或双金属片。如果梯度的局部最小值或局部最大值的绝对值相对较大，则表明存在几乎未被污染的支撑杆，其对切割过程影响很小。应当理解，也可以不同地评估强度分布的梯度，以便推断位置相关干扰的程度。为此目的，还可以例如借助局部强度下降的绝对值来评估强度分布本身，也就是说，确定相互作用区域中的最大强度值与局部强度最小值的强度值之间的差。
在另一实施例中，评估装置被配置成基于对相互作用区域的多个时间上连续的图像的评估来推断加工过程的干扰的类型。如上所述，可以识别例如支撑杆或双金属片的存在等干扰的类型或者可以将它们彼此区分。
附图说明
本发明的进一步优点通过描述和附图得出。同样，上述特征和还将列举的特征可以分别独立使用或以任何期望的组合多个使用。所示出和描述的实施例不应被理解为详尽的列举，而是具有用于概述本发明的示例性特征。
在附图中：
图1示出用于执行激光切割过程的激光加工机的示意性图示，
图2示出用于通过记录工件的待监测区域的图像来监测激光切割过程的装备的示意性图示，所述区域包含相互作用区域，
图3a至图3c示出在无干扰切割过程、不完整切割和越过支撑杆的情况下，相互作用区域的图像和沿着相互作用区域的强度分布的示意性图示，以及
图4a、图4b分别示出当越过严重污染的支撑杆和几乎新的支撑杆时与图3a至图3c类似的示意性图示。
在以下对附图的描述中，相同的附图标记用于相同的或功能相同的部件。
具体实施方式
图1示出了激光加工机1形式的加工机，该激光加工机具有激光源2、激光加工头4和工件支撑件5。由激光源2产生的激光束6借助于偏转反射镜(未示出)被射束引导件3引导至激光加工头4并在其中聚焦，并且还借助于同样未图示的反射镜垂直于工件8的表面8a对准，也就是说，激光束6的射束轴线(光轴)垂直于工件8。在所示的示例中，激光源2是CO2激光源。替代地，激光束6可以通过例如固态激光器产生。
为了对工件8进行激光切割，首先用激光束6刺穿，也就是说，工件8在某一位置处被以点的形式熔化或氧化并且在此产生的熔体被吹出。之后，激光束6在工件8上方运动，以便形成连续切口9，激光束6沿着该连续切口切穿工件8。
刺穿与激光切割两者都可以通过添加气体来辅助。氧气、氮气、压缩空气和/或专用气体可以用作切割气体10。可以借助于抽吸装置11从位于工件支撑件5下方的抽吸室(此处未描绘)吸出产生的颗粒和气体。
激光加工机1还包括用于使激光加工头4和工件8彼此相对运动的运动装置12。在所示的示例中，工件8在加工期间搁置在工件支撑件5上，并且激光加工头4在加工期间沿着XYZ坐标系的两个轴线X、Y移动。为此，运动装置12包括门架13，该门架可借助于由双头箭头指示的驱动器沿X方向移位。激光加工头4可以借助于运动装置12的由双头箭头指示的另一驱动器沿X方向移位，以便移动到由激光加工头4或工件8的可移位性预定的工作区域中在X方向和Y方向上的任何期望的加工位置BX,Y。在相应的加工位置BX,Y处，激光束6具有(瞬时)进给方向V，该进给方向对应于激光加工头4与工件8之间的(瞬时)相对速度。
图2示出了用于对借助于图1的激光加工机1在工件8上的激光切割过程进行过程监测和过程控制的装备14的示例性结构，其中仅非常示意性地描绘了激光加工机1的具有由硒化锌制成的用于聚焦激光束6的聚焦透镜15的激光加工头4、切割气体喷嘴16和偏转反射镜17。在当前情况下，偏转反射镜17具有部分透射型设计并且形成过程监测装备14的入口侧部件。
偏转反射镜17反射入射激光束6(波长为大约10μm)并透射过程监测相关辐射19，该辐射被工件8反射并且由激光束6与工件8的相互作用区域18发射，并且在本示例中具有大约550nm与2000nm之间的波长范围。作为部分透射型偏转反射镜17的替代，也可以使用刮刀型反射镜或孔型反射镜将过程辐射19馈送到装备14。
另一偏转反射镜20布置在装备14中的部分透射型反射镜17的下游，并且将过程辐射19偏转到作为图像捕获单元的几何高分辨率相机21。相机21可以是高速相机，该高速相机与激光束轴线22或激光束轴线的延伸线22a同轴布置并且因此与方向无关地布置。原则上，还可以使用反射光方法在VIS波长范围内、可选地也在NIR波长范围内用相机21记录图像，前提是提供在该波长范围内发射的附加照明源，并且替代地，还可以记录UV和NIR/IR波长范围内的过程自发光。
出于成像的目的，在本示例中，在部分透射型反射镜17与相机21之间设置在图2中被描绘为透镜的成像聚焦光学系统23，所述光学系统将与过程监测相关的辐射19聚焦到相机21上。在图2所示的示例中，如果防止相机21捕获另外的辐射或波长分量，则相机21前面的滤光器24是有利的。滤光器24可以是例如窄带宽带通滤光器的形式。
在本示例中，相机21以反射光方法运行，也就是说，在工件8上方设置附加照明源25，该附加照明源通过另一部分透射型反射镜26将照明辐射27与激光束轴线22同轴地输入耦合到射束路径中。激光二极管或二极管激光器可以被设置为附加照明源25并且可以相对于激光束轴线22同轴布置(如图2所示)或者离轴布置。例如，附加照明源25还可以布置在激光加工头4的外部(尤其紧邻激光加工头)并且可以指向工件8；替代地，照明源25可以布置在激光加工头4内，但不与激光束6同轴地指向工件8。应当理解，装备14也可以在没有附加照明源25的情况下运行。
在图2展示的示例中，在激光切割过程期间，相机21记录工件8的待监测区域28的图像B，该待监测区域包含相互作用区域18。在切割过程期间，由于激光加工头4以表示为进给速度V的相对速度沿正Y方向(参见箭头)移动，因此在工件8与激光加工头4之间存在相对运动。在切割过程期间，切割前沿29形成在相互作用区域18的前区域中并且在后区域中(在负Y方向上)与切口9邻接。
相机形式的图像捕获装置21通过信号技术连接至评估装置30。评估装置30被配置成或被编程成基于对待监测区域28的所记录的图像B或图像B的时间序列的评估来识别加工过程的至少一个干扰，如不完整切割(Schnittabriss)。
为此，评估装置30评估相互作用区域18的图像B或相继记录的图像B的序列，以便提取或识别相互作用区域18的指示切割过程的干扰的特征。
图3a示出了在良好切割(也就是说，未干扰的切割过程)的情况下相互作用区域18的图像B的示例。从图3a中明显看出，相互作用区域18在进给方向V上具有相对短的长度L，在所示的示例中，该长度对应于相互作用区域18的、横向于进给方向V的宽度的约两倍。相互作用区域18在进给方向V上的长度L由评估装置30通过将图像B内的空间相关强度I与强度阈值进行比较来确定。例如，长度测量期间的强度阈值可以计算为过程光关注区域(ROI)BROI的平均强度与加权因子的商的形式。在所示的示例中，过程光关注区域BROI是工件8的待监测区域28的图像B的矩形部分区域。当穿过加工喷嘴16记录图像B时，过程光关注区域BROI的表达沿进给方向V从切割前沿29到达加工喷嘴16的喷嘴开口16b的喷嘴边缘16a。横向于进给方向V，过程光关注区域在相互作用区域18的整个宽度上延伸。
相互作用区域18在进给方向V上的长度L可以形成特征参量，并且该特征参量与限定不完整切割阈值的阈值S进行比较。为了简化，下面假设相互作用区域18的长度L本身形成该特征参量。如果该特征参量(即，所示示例中的相互作用区域18的长度L)小于阈值S，如图3a中的情况，则不被评估装置30识别为不完整切割。在通常还不存在不完整切割的情况下，可以在切割过程之前通过实验确定阈值S。阈值S也可以不是绝对值，而是特征参量的当前/限定的工作点的百分比变化。在这种情况下，基于图像确定的特征参量与当前预定的特征参量相关。为此，例如可以形成基于图像确定的特征参量(在这种情况下：L)与工作点下的特征参量的商。然后将该商与阈值进行比较。
如果相互作用区域18的特征参量或长度L大于阈值S，则不足以通过评估装置30识别不完整切割，因为在这种情况下虽然可能存在不完整切割，但是阈值S的超过也可能由切割过程的其他干扰引起，如将在下文中基于图3b和图3c所解释的那样。
图3b示出了当存在不完整切割时相互作用区域18的图像、以及沿着与所示示例中的Y方向对应的进给方向V的强度分布I(Y)、以及强度分布I(Y)的梯度dI/dY。从图3b中明显看出，相互作用区域18具有比图3a所示的良好切割的情况大得多的长度L，也就是说，相互作用区域18的长度L的阈值S被超过。然而，如图3c所示，基于相互作用区域18的对应图像B，如果在切割过程期间越过支撑杆7，则相互作用区域18的长度L的阈值S也被超过。因此，仅仅根据相互作用区域18的呈长度L形式的特征参量不能在如图3b所描绘的真实不完整切割与如图3c所描绘的伪不完整切割进行区分。
然而，这种区分可以基于相互作用区域18内沿进给方向V的强度分布I(Y)或者基于强度分布I(Y)沿进给方向Y的梯度dI/dY(如图3b的底部和图3c的底部所描绘的)来进行。在图3b所示的强度分布I(Y)的情况下，在相互作用区域18内不存在局部强度下降ΔI或不存在不连续性，也就是说，不存在如图3c中的情况的局部强度最小值Imin(I最小)。从图3c中明显看出，局部强度最小值I最小或强度下降ΔI出现在进给方向V上的某个点处，在该点处，在如图3a所示对于无干扰切割过程的相互作用区域18的情况下，预期大致是相互作用区域18的端部。这一事实有助于通过合适的图像评估算法实时识别强度分布I(Y)中的强度下降ΔI或不连续性的发生。
在所示示例中，如果强度分布I(Y)的梯度dI/dY的局部最小值(dI/dY)min即(dI/dY)最小和梯度dI/dY的局部最大值(dI/dY)max即(dI/dY)最大都超过图3b、图3c中的虚线描绘的(绝对)阈值(dI/dY)S，则通过评估装置30检测到局部强度下降ΔI的存在。阈值(dI/dY)S可以基于当前工作点限定或通过实验确定。被证明有利的是，通过评估梯度dI/dY来检测局部强度下降ΔI是否存在。
替代地，如果强度最小值I最小的值下降到低于相互作用区域18中的强度分布I(Y)的最大强度Imax(I最大)的预定百分比分量，例如小于最大强度的80％，也就是说，当局部强度下降ΔI是最大强度I最大的至少20％时，则可以通过评估装置30检测到强度下降ΔI的发生。还可以将上文描述的强度下降ΔI基于梯度dI/dY而存在的标准与这里描述的标准组合。例如，这里描述的标准可以用于检查上文描述的标准的合理性。
如果通过评估装置30(评估装置可以是例如计算机或合适的硬件和/或软件，例如呈ASIC、FPGA等形式)在给定的(短)路径长度(例如大约10mm的量级)上检测到相互作用区域18内没有局部强度下降ΔI，并且如果相互作用区域18的特征或长度L的阈值S被超过，则评估装置30识别出不完整切割。
从图2中明显看出，评估装置30通过信号技术连接到控制激光切割过程的开环或闭环控制装置31。如果存在由评估装置30识别的不完整切割，则开环/闭环控制装置31可以适当地调整激光切割过程的切割参数，以便在进一步实施激光切割过程期间抵消或反作用于不完整切割的继续。然而，替代地，开环或闭环控制装置31也可以在识别出不完整切割时终止切割过程，或者可选地重启切割过程，以便对受影响的点再次进行加工并将工件8中受不完整切割影响的区域完全切穿，或者开环/闭环控制装置31还可以向使用者输出关于不完整切割的信息。
除了与过程相关的干扰(比如不完整切割)之外，还可以基于相互作用区域18的特征识别切割过程的位置相关干扰37和/或角度相关干扰38(参见图1)。例如，在工件支撑件5的一个(或同一个)加工位置BX,Y处检测到局部强度下降ΔI的情况下(尤其在多次检测到的情况下)，可以将加工过程的呈支撑杆7形式的位置相关干扰37或者可选地支撑杆7的局部污染(热点)指配给该加工位置BX,Y。在图像B的记录期间，可以基于运动装置12的所指配的机器坐标X、Y、Z将相应的加工位置BX,Y指配给所记录的相应图像B。
基于图4a、图4b明显看出，位置相关干扰的程度或强度可以基于局部强度下降ΔI沿强度分布I(Y)的绝对值或大小和/或基于强度分布I(Y)的梯度dI/dY来确定：在图4a所示示例的情况下，局部强度下降ΔI是强度分布I(Y)的最大强度值I最大的大约65％，而在图4b所示示例的情况下，局部强度下降ΔI超过最大强度值I最大的大约95％。(可选地仅局部地)严重污染的支撑杆7存在于图4a所示的示例中，而实际上未污染的支撑杆7存在于图4b所示的示例中。因此，评估装置30可以基于强度下降ΔI的大小来推断支撑杆7的污染程度。
为了确定位置相关干扰的强度，还可以评估强度分布I(Y)的梯度dI/dY(图4a、图4b中未描绘)，如图3b、图3c的情形中所述的。在这种情况下，干扰的程度或强度可以例如基于强度分布I(Y)的梯度dI/dY的局部最小值(dI/dY)最小的绝对值或梯度dI/dY的局部最大值(dI/dY)最大的绝对值来确定。
原则上，图4a中所示的强度分布I(Y)也可能由不同类型的干扰引起，例如由双金属片引起。然而，如果在同一个加工位置BX,Y处多次检测到强度下降ΔI，则可以假设支撑杆7位于该加工位置BX,Y处。
因此，可以基于对相互作用区域18的多个时间上连续的图像B的评估来推断加工过程的干扰的类型，例如支撑杆或双金属片的存在，例如如图4a、图4b中所示。
上文描述的用于在加工过程期间识别干扰的方法不限于切割过程，而是还可以用于其他加工过程，例如焊接过程。另外，可以使用不同类型的加工射束(例如，等离子束)来代替激光束6。在这种情况下，代替激光加工头，使用等离子头作为加工工具4。

Claims (14)

1.一种用于识别加工过程中、尤其切割过程中的至少一个干扰的方法，该方法包括：
在加工工具、尤其激光加工头(4)和工件(8)彼此相对运动的情况下对工件(8)进行加工、尤其进行切割加工；
记录工件(8)上待监测区域(28)的图像(B)，所述待监测区域包括加工工具与工件(8)的相互作用区域(18)；以及
评估待监测区域(28)的图像(B)，用于识别加工过程中的至少一个干扰，
其特征在于，
为了识别干扰，在评估图像(B)时检测相互作用区域(18)内沿着加工过程的进给方向(V)的强度分布(I)中是否存在局部强度下降(ΔI)。
2.如权利要求1所述的方法，其中，只有在相互作用区域(18)内检测到不存在局部强度下降(ΔI)的情况下，才将不完整切割识别为切割加工工件(8)时的干扰。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，为了识别干扰，在评估所述图像(B)时检测相互作用区域(18)的至少一个几何特征、尤其相互作用区域(18)沿着进给方向(V)的长度(L)。
4.如权利要求3所述的方法，其中，如果与相互作用区域(18)沿着进给方向(V)的长度(L)相关的特征参量超过阈值(S)，并且如果在相互作用区域(18)内检测到不存在局部强度下降(ΔI)，则识别到切割加工中的不完整切割。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在加工位置(BX,Y)处检测到的局部强度下降(ΔI)、尤其多次检测到的局部强度下降被配置给该加工过程在该加工位置(BX,Y)处的位置相关干扰、尤其支撑杆(7)的存在。
6.如权利要求5所述的方法，其中，根据强度分布(I(Y))、尤其根据强度分布(I(Y))的梯度确定位置相关干扰的程度、尤其支撑杆(7)的污染程度。
7.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据对相互作用区域(18)的多个在时间上相互跟随的图像(B)的评估来推断加工过程的干扰的类型。
8.一种加工机(1)，该加工机包括：
加工工具、尤其激光加工头(4)，用于对工件(8)进行加工、尤其进行切割加工；
运动装置(12)，用于使加工工具和工件(8)彼此相对运动；
图像捕获装置(21)，用于记录工件(8)上待监测区域(28)的图像(B)，所述待监测区域包括加工工具、尤其激光加工头(4)与工件(8)的相互作用区域(18)；以及
评估装置(30)，该评估装置被配置成根据对待监测区域(28)的图像(B)的评估来识别加工过程的至少一个干扰，
其特征在于，
该评估装置(30)被配置成，为了识别干扰，在评估所述图像(B)时，检测相互作用区域(18)内沿着加工过程的进给方向(V)的强度分布(I)中是否存在局部强度下降(ΔI)。
9.如权利要求8所述的加工机，其中，评估装置(30)被配置成，只有在相互作用区域(18)内检测到不存在局部强度下降(ΔI)的情况下，才将不完整切割识别为切割加工工件(8)时的干扰。
10.如权利要求8或9所述的加工机，其中，该评估装置(30)被配置成，为了识别干扰，在评估图像(B)时检测相互作用区域(18)的至少一个几何特征、尤其相互作用区域(18)沿着进给方向(V)的长度(L)。
11.如权利要求10所述的加工机，其中，该评估装置(30)被配置成，如果与相互作用区域(18)的长度(L)相关的特征参量超过阈值(S)，并且如果在相互作用区域(18)内检测到不存在局部强度下降(ΔI)，则识别到切割加工中的不完整切割。
12.如权利要求8至11中任一项所述的加工机，其中，该评估装置(30)被配置成，将加工位置(BX,Y)处检测到的局部强度下降(ΔI)、尤其多次检测到的局部强度下降配置给该加工过程在该加工位置(BX,Y)处的位置相关干扰、尤其支撑杆(7)的存在。
13.如权利要求12所述的加工机，其中，该评估装置(30)被配置成，根据强度分布(I(Y))、尤其根据强度分布(I(Y))的梯度(dI/dY)确定位置相关干扰的程度、尤其支撑杆(7)的污染程度。
14.如权利要求8至13中任一项所述的加工机，其中，该评估装置(30)被配置成，根据对相互作用区域(18)的多个在时间上相互跟随的图像(B)的评估来推断加工过程的干扰的类型。
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