CN202336670U - 用于切割加工工件的机床 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及用于切割加工工件(8)的机床(1)，所述机床包括：工件支承装置(5)，其用于在加工平面(X、Y)中支承工件(8)，加工刀具，尤其是激光切割头(4)，用于切割加工所述工件(8)以便在所述工件(8)上形成缺口(13)，以及运动装置(7a-7c)，其用于借助于传感器、尤其借助于距离传感器(15)在要形成缺口(13)的区域中经过支承在所述工件支承装置(5)上的所述工件(8)，以及检验单元(14)，其被构造用于在经过所述工件(8)时检验，在切割加工时所述工件(8)在要形成缺口(13)的区域中是否被完全切断。

Description

用于切割加工工件的机床
技术领域
本实用新型涉及用于检验工件加工质量的方法以及用于执行该方法的机床。 
背景技术
尤其是板形的工件(例如板材)的切割加工可以借助于热加工例如通过激光束切割，或者借助于机械加工例如通过冲压加工(步冲)实现。在激光加工中，借助于激光加工头实现切割，该激光加工头沿着预定切割轮廓相对于设置在加工平面中的工件运动。为了产生相对运动，激光加工头和/或工件可以在加工平面中移动。在通过冲压加工切割工件时，通常在位置固定的冲压压力机上执行冲压过程，其中，工件在加工平面中移动。当然，在同一个机床上不仅可以执行冲压加工而且可以执行热加工。 
在切割加工时，工件沿着切缝分为多个有用部件和剩余部件(剩余框架)。已完全自由切割的有用部件例如从剩余框架上脱落，例如支承在设置在剩余框架下方的支承元件上。另选的是，有用部件在一装置中夹紧，并且在切割加工结束之后还保留在那里。例如由本申请人的EP 1 340 584A1已知一种其中设有可调节高度的支承元件的工件支承装置，用于在两个彼此不同的平面中支承剩余框架和有用部件。 
在切割加工，尤其是在分离切割中会出现这样的问题，即单个有用部件或者切割毛边由于过程错误或者错误地设置的过程参数而没有完全或者也许根本没有从剩余框架中自由切割下来，因而没有从剩余框架中脱落，从而在切割加工时在剩余框架中没有出现缺口。在自动化生产中通常探测不到这种故障，而且也许仅在随后由操作人员或者其他过程参与者进行质量控制时才可以识别。 
实用新型内容
本实用新型的任务在于尽可能改进前述类型的方法以及机床，以便在切割加工时可以自动检验工件的完全切断。 
根据本实用新型该任务通过一种检验工件加工质量的方法解决，所述方法包括：切割加工工件，以便在所述工件上形成缺口，以及在切割加工期间和/或切割加工之后借助于传感器、尤其借助于距离传感器在要形成缺口的区域中经过所述工件，其中，在经过所述工件时检查在切割加工时在要形成缺口的区域中所述工件是否完全切断。 
根据本实用新型建议，在切割加工时或者切割加工之后检验，是否能够在(剩余)工件和有用部件之间产生完全的分离。为实现此目的而应用传感器，该传感器(至少部分地)经过要形成缺口的区域，以便检查，在所经过的区域中是否形成缺口，或者在该区域中是否存在没有完全分离或者说没有从剩余框架中脱落的切割毛边。在此传感器可以在已经执行切割加工时经过要形成缺口的区域，或者在切割加工期间已可以开始检查，是否在工件上形成缺口或者是否在要形成缺口的区域中存在没有完全分离或者说没有从剩余框架中脱落的切割毛边。 
在切割加工期间经过工件时，所述传感器通常沿着切割边缘导向，并且如果有用部件和剩余框架之间所保持的连接如此明显地减弱，即有用部件或者切割毛边关于工件平面实施翻转运动，那么通常在切割加工结束前不久探测到缺口的形成。如果在切割加工时没有检测到缺口，那么也许可以在切割加工之后再次检验要形成缺口的区域，以便再次复查在切割加工时得到的检查结果。 
由导电材料制成的探测传感器例如可以充当所述传感器，在与通常为金属的工件接触时所述传感器接通电接触，因而通过触碰来求得，在缺口区域中是否设有切割毛边。 
已证实特别有利的是用距离传感器检测缺口，所述距离传感器可以是(无接触式)距离测量装置的部分，这是因为在这种情况下可以在无接触路径上确定在工件中是否形成缺口。所述距离传感器在缺口区域中经过工件时通常与所述工件隔开，从而与应用接触式测量探头相比可以降低与没有从剩余框架中掉落的切割毛边相撞的风险。 
所述缺口的经过(通常在切割加工之后)可以沿着一个唯一方向例如在切割边缘的两个相互对置的侧或者说部分之间实现，也就是说传感器不需要跟踪整个切割轮廓来探测，切割毛边是否还与剩余框架相连。通常沿至少一个方向(例如横向)完全经过缺口区域，然而一旦在该时间点上已经清楚了解切割毛边脱落，那么在到达切割边缘的相互对置的部分之前也许也可以终止该经过。当然，为了经过切口，传感器和/或工件都可以运动，其中，通常沿工件支承在其中的加工平面的至少一个方向(例如X或Y)运动。 
在一个变型方式中，在经过所述工件时确定所述工件和所述距离传感器之间的距离，以便检验所述工件的完全切断。为实现此目的可以应用也许本就设置在机床中的距离测量装置。工件和距离传感器之间所测得的距离加大显示存在缺口。 
在另一变型方式中，所述方法还包括：所述距离传感器在经过所述工件时沿垂直于所述工件的方向运动，以便将所述距离传感器和所述工件之间的(所测得的)距离调节到一个可预定的、尤其是保持不变的值，以及检测所述距离传感器沿垂直于所述工件的所述方向的运动，以便检验所述工件的完全切断。如果机床可以使得距离传感器不仅沿着加工平面而且也垂直于加工平面运动，那么可以将工件和距离传感器之间的所测得或者说所检测的距离调节到一保持不变的值(高度调节)。借此尤其可以在切割毛边向上突出于工件的情况下阻止距离传感器与工件相撞，这是因为距离传感器在这种情况下由于进行了调节而向上避让。 
在一个改进方式中，通过求得传感器和工件之间的电容来确定距离传感器和工件之间的距离。在这种电容距离测量系统中，导电的、通常为金属的距离传感器以及同样导电的、要加工的工件例如可以构成可变电容器，该可变电容器包含在LC振荡电路中。这种电容距离测量装置的细节参见本申请人的DE 10 2008 030 783，关于该方面将该申请的内容参引与此。在本申请人的EP 1 684 046 A1或者EP 0 873 813 B1中也描述了电容距离测量装置和相应方法。当然，另选的或者附加的是也能够以感应途径执行无接触式距离测量，例如其方式是应用(感应)线圈形式的距离传感器，这例如在DE 201 21 885U1中已描述。 
在一个改进方式中，所述距离传感器由激光加工头的加工喷嘴构成。加工喷嘴或切割气体喷嘴用于向工件施加加工气体、尤其是切割气体，并且可以充当距离传感器，这是因为加工喷嘴通常由导电材料制成，并且可以借助于陶瓷构件的帮助与常见激光加工头电绝缘。在喷嘴和(金属)工件之间可以施加电压，从而喷嘴和工件构成电容器的部分，其电容根据距离发生变化。通常应用安装在例如激光加工头形式的切割刀具上的距离传感器是有利的，这是因为工件和用于切割加工的切割刀具本来就必须执行彼此的相对运动，从而为实现此目的而必需具有的运动装置也可以用于经过缺口。 
本实用新型另一方面涉及用于切割加工工件的机床，所述机床包括：工件支承装置，其用于在加工平面中支承工件；加工刀具，尤其是激光切割头，用于切割加工所述工件以便在所述工件上形成缺口；运动装置，其用于借助于传感器，尤其借助于距离传感器在要形成所述缺口的区域中经过支承在所述工件支承装置上的所述工件；以及检验单元，其被构造用于在经过所述工件时检验，在切割加工时在要形成所述缺口的区域中所述工件是否完全切断。 
在其上执行加工结果检验的机床例如可以是热加工机器、尤其是激光加工机，或者是冲压加工机器。当然，在同一个加工机上不仅可以构造冲压站也可以构造激光切割站。在此可以在切割加工期间或者在切割加工之后实现利用传感器经过工件。 
在一个实施方式中，所述机床包括距离测量装置，其用于检测以及尤其用于调节所述距离传感器和支承在所述工件支承装置上的所述工件之间的距离。例如可以电容和/或感应式地实现无接触的距离测量。 
在一个改进方式中，所述检验单元被构造用于根据所述工件和所述距离传感器之间所检测的距离来检查所述工件的完全切断。例如可以这样检验，即将工件和距离传感器之间所求得的距离与距离传感器和工件的加工平面或者说上边缘之间的已知参考距离进行比较。如果在缺口区域中所求得的距离大于参考距离，那么可以推断出在工件中存在缺口。 
在一个改进方式中，所述距离测量装置也被构造为距离调节装置，以便将所述距离传感器和所述工件之间的所述距离调节到可预定的尤其是保 持不变的值。为此所述运动装置被控制用于使所述距离传感器沿垂直于所述加工平面的方向的运动，其中，所述检验单元被构造用于根据所述距离传感器沿垂直于所述工件的所述方向的运动来检验所述工件的完全切断。如果在工件中存在缺口，那么将距离调节到照保持不变的值会导致距离传感器在经过缺口时在工件上运动。距离传感器的这种运动可以被检测到，由此推断出工件的完全切断。 
在另一改进方式中，所述距离测量装置被构造用于电容检测所述工件和所述距离传感器之间的所述距离。工件和距离传感器在这种情况下是已被施加交变场的电容器。通过改变距离来改变该电容器的电容进而改变(LC)振荡电路(所述电容器是该LC振荡电路的部分)的谐振频率。根据振荡电路的频率借助于之前所记录的校准曲线可以推断出距离传感器和工件之间的距离。 
在另一实施方式中，所述距离传感器被构造为所述激光加工头的加工喷嘴，尤其是切割气体喷嘴。如前所述，将切割气体喷嘴用作为距离传感器已证实是特别有利的。当然，距离传感器也可以安装在机床的其他构件上，例如在冲头上。在此必须保证工件在要关注的区域中可以由安装在相应构件上的距离传感器经过。 
本实用新型另一方面涉及计算机程序产品，其具有代码单元，当所述程序在数据处理装置上运行时，所述代码单元适用于执行用于检验工件加工质量的上述方法的所有步骤。数据处理装置尤其可以是机床的控制或调节装置，用于控制机床的加工程序在该控制或调节装置上运行。 
当然，在检查结果不好的情况下，其中没有探测到缺口，可以向操作人员发送例如光学或者声学信号(例如报警声音)形式的消息，以便通知操作人员加工结果出现错误。尤其可以在检测到错误时终止切割加工，直至排除错误。另选的或者附加的是可以在切割加工时(也许自动地)如此更改过程参数，以便改善切割结果。 
附图说明
由说明书和附图得到本实用新型其他优点。前述特征和还要详述的特征可以单独使用，也可以按照任意方式组合使用。所示和所述的实施方式 不能理解为穷尽性列举，而是具有多个示例性特性用于描述本实用新型。 
图中： 
图1示出激光切割机的一个实施方式的示意图；以及 
图2示出根据图1的激光切割机的激光切割头的细节图，其具有距离测量装置用于探测工件中的缺口。 
具体实施方式
图1示出用于进行激光切割的CO2激光切割机1，其具有CO2激光谐振腔2、激光加工头4和工件支承装置5。从激光谐振腔2生成的激光束6借助于射束导向装置3从(未示出的)转向镜导向至激光加工头4并且在激光加工头4中汇聚以及借助于同样未示出的反射镜垂直于工件8的表面8a取向，也就是说激光束6的射束轴(光轴)垂直于板形工件8(XYZ坐标系的Z方向，其中XY平面是加工平面)延伸。 
为了激光切割工件8，首先利用激光束6进行穿孔，也就是说，工件8在一位置处点状熔化或者氧化，将在此形成的熔融物吹走。随后激光束6在工件8上方运动，从而形成通常连续的切口9，激光束6沿着该切口9切割工件8。为了使激光束在工件8上方运动而设置(通过双箭头示出的)马达(例如直线马达)形式的运动单元7a-7c，这些运动单元引起激光加工头4分别沿XYZ坐标系的X方向、Y方向或者Z方向运动。 
通过添加气体不仅可以帮助穿孔也有助于激光切割。氧气、氮气、压缩空气和/或专用气体均可用作切割气体10。最后选用哪种气体，取决于切割哪些材料以及对工件有哪些质量要求。借助于抽吸装置11的帮助可以从抽吸室12吸走出现的颗粒和气体。 
如在图1中仅示意出的那样，在激光切割中，工件8应当沿着切口9分为有用部件和剩余工件。在此与剩余工件完全分离的有用部件从剩余工件上脱落，也就是说，在切割之后有用部件位于加工平面下方，在本实用新型情况下该加工平面由工件8的表面8a限定。在此工件支承装置5尤其可以根据本申请人的开头所提到的EP 1340584A1构造，并且具有高度可调的支承元件以便支撑工件8，这些支承元件可以设置在两个彼此不同的平面中，从而可以在彼此不同的平面中支承自由切割的有用部件或者剩余工 件。 
如图2所示，在借助于图1的激光切割机1正确执行分离切割时，在(剩余)工件8上在其中自由切割有用部件的区域中应当形成缺口13。为了检验在切割加工时是否真正形成了缺口13，激光加工机1具有距离测量装置16，该距离测量装置集成在激光加工头4中。 
工件8和激光加工头4的切割气体喷嘴15是电容器，借助于电压源17的帮助向该电容器施加交变场，其电容根据距离变化。如此构造的电容器是(LC)振荡电路的部分，距离测量装置16探测其振荡频率，以便根据已知特征曲线将所测得的频率或者电容与激光切割喷嘴15和工件8之间的距离A联系起来。 
为了确定在切割加工时是否将工件8完全分割并在此形成了缺口13，在切割处理之后激光加工头4沿至少一个方向(在此是X方向)经过缺口13。 
在此距离测量装置15可以按照两种不同方式工作：在第一工作模式下，距离传感器与工件8的表面8a保持不变的距离，在经过缺口13时仅检测所测得的距离A。在检验装置14(参见图1)中，将由距离测量装置16确定的距离A与激光切割喷嘴15和工件9的表面8a之间已知的距离进行比较，在本实用新型情况下检验装置是激光切割机1的控制装置(控制计算机)的部分。如果由距离测量装置15确定的距离A在所经过的区域(在该区域中当切割加工时应当构成有用部件或者缺口13)中加大(在图2中以虚线示出)，那么可以推断出，在该区域中实际存在缺口13，也就是说，工件8在切割加工时已完全切断或者分割。这种检验方式尤其可以用在那些距离传感器15的高度不可调节的机床中。 
在第二工作模式下，距离测量装置15也可以充当距离调节装置，也就是说，将距离测量装置15所测得的距离A例如传递至充当检验装置14的控制装置，以便沿Z方向如此控制运动装置7c(马达，例如直线马达)，以使激光加工头4连同切割气体喷嘴15垂直于工件平面(Z方向)如此移动，以令所测得的距离A保持不变。因而在缺口13的区域中，加工喷嘴15朝向工件8运动，因而根据激光加工头4沿Z方向的运动可以推断出存在缺口13。当然，在这种高度调节情况下通常不应当低于激光切割头4和 工件8之间的最小距离(安全距离)。在第二种工作模式下(利用高度调节)检验切割结果的优点在于，激光加工头4在切割毛边或者有用部件突出于工件表面8a时自动向上偏移。 
当然，对于前述措施(其中在切割加工之后实现借助于距离传感器15经过工件8)另选地或者附加地，在切割加工期间也可以实现经过工件8。在这种情况下，距离传感器15通常沿着切割边缘导向，并且一旦有用部件和剩余框架之间所保持的连接如此明显地减弱，即有用部件或者切割毛边关于工件平面实施转动运动或者翻转运动，以至形成可由距离传感器15检测的缺口，那么通常在切割加工结束前不久探测到缺口的形成。 
虽然已对结合激光切割机1检查切割结果进行了描述，然而按照类似于前述措施的方式，这种切割结果的检查也可以有利地应用于用于切割加工板形工件、尤其是板材的其他机床。尤其是检查切割结果例如也可以在用于切割加工(步冲)的冲压机或者组合的冲压和激光切割机上进行。本领域人员应理解，距离传感器不一定非要被设计成加工喷嘴，而是也可以按照其他构件形式来实现。尤其也可以在距离传感器位置处应用测量探头，借助于该测量探头例如通过接通电接触探测与工件8的接触。 

Claims (6)

1.用于切割加工工件(8)的机床(1)，所述机床包括：
工件支承装置(5)，其用于在加工平面(X、Y)中支承工件(8)，
加工刀具，尤其是激光切割头(4)，用于切割加工所述工件(8)以便在所述工件(8)上形成缺口(13)，以及
运动装置(7a-7c)，其用于借助于传感器、尤其借助于距离传感器(15)在要形成缺口(13)的区域中经过支承在所述工件支承装置(5)上的所述工件(8)，以及
检验单元(14)，其被构造用于在经过所述工件(8)时检验，在切割加工时所述工件(8)在要形成缺口(13)的区域中是否被完全切断。
2.根据权利要求1所述的机床，所述机床还包括：距离测量装置(16)，其用于检测以及尤其用于调节所述距离传感器(15)和支承在所述工件支承装置(5)上的所述工件(8)之间的距离(A)。
3.根据权利要求2所述的机床，其中，所述检验单元(14)被构造用于根据在所述工件(8)和所述距离传感器(15)之间检测的距离(A)来检查所述工件(8)的完全切断。
4.根据权利要求2所述的机床，
其中，所述距离测量装置(16)被构造成，为了将所述距离传感器(15)和所述工件(8)之间的所述距离(A)调节到一可预定的、尤其是保持不变的值，控制所述运动装置(7c)使所述距离传感器(15)沿垂直于所述加工平面(X、Y)的方向(Z)运动，并且，
所述检验单元(14)被构造用于根据所述距离传感器(15)沿垂直于所述工件(8)的所述方向(Z)的运动来检验所述工件(8)的完全切断。
5.根据权利要求2至4之一所述的机床，其中，所述距离测量装置(16)被构造用于电容地测量所述工件(8)和所述距离传感器(15)之间的所述距离(A)。
6.根据权利要求5所述的机床，其中，所述距离传感器被构造为所述激光加工头(4)的加工喷嘴、尤其是切割气体喷嘴(15)。 
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