JP7086061B2 - 熱切断プロセスを監視するための装置及び方法 - Google Patents
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Description
本発明が基礎とする課題は、切断プロセスの切断品質に関する少なくとも1つの測定量を信頼性を伴って求めることができるようにし、特に、この測定量に基づき切断プロセスを閉ループ制御できるようにした、装置及び方法を提供することである。
本発明によればこの課題は、以下のように構成された評価装置を有する、冒頭で述べた形式の装置によって解決される。即ち、この評価装置は、少なくとも1つの画像に基づき、ワークピースの厚さ方向における切断カーフのギャップ幅の推移に関して、特に切断カーフの両方の切断側面間の角度に関して、少なくとも1つの測定量を求めるように構成されている。典型的にはワークピースの上側から記録されるワークピースの被監視領域の画像は通常、サーモグラフである。画像を生成するために画像捕捉装置は、典型的にはカメラ、例えば、CMOSカメラ又は場合によってはCCDカメラの形式の画像センサの形態で検出器を有する。被監視領域は、加工ビームとワークピースとの相互作用において形成される切断カーフの切断フロントを含むことができるが、被監視領域が切断フロント後方の切断側面だけを含むようにしてもよい。ただし、特に切断プロセスの閉ループ制御を少なくとも1つの測定量に基づいて行おうとするならば、被監視領域が切断カーフの切断フロントから、又は、加工ビームとワークピースとの間の相互作用領域から、過度に離れて隔たっているのは望ましくない。
Claims (12)
- ワークピース(3)における熱切断プロセスを監視するための、特に閉ループ制御するための装置(1)であって、
前記ワークピース(3)に切断カーフ(16)を形成するために、加工ビーム、特にレーザビーム(2)を前記ワークピース(3)に合わせて集束させるための集束装置(4)と、
前記ワークピース(3)の被監視領域(15)の少なくとも1つの画像(B1、B2)を生成するための画像捕捉装置(9)と、
を備えている、装置(1)において、
評価装置(19)が設けられており、前記評価装置(19)は、前記少なくとも1つの画像(B1、B2)に基づき、前記ワークピース(3)の厚さ方向(Z)における前記切断カーフ(16)のギャップ幅(b(z))の推移に関して、特に前記切断カーフ(16)の両方の切断側面(23a、b)間の角度(γ)に関して、少なくとも1つの測定量(A、δ)を求めるように構成されており、
前記画像捕捉装置(9)は、偏光器(21)を備えており、前記偏光器(21)は、前記被監視領域(15)を監視するための観察ビーム(7a)のうち、第1の直線偏光成分(s)を検出器(12)へ伝達し、前記観察ビーム(7a)のうち、前記第1の直線偏光成分(s)に対し垂直な第2の偏光成分(p)をフィルタリングし、
前記評価装置(19)は、前記少なくとも1つの画像(B1、B2)において前記切断カーフ(16)の前記切断側面(23a、b)に沿って延在する2つの発光ストライプ(22a、b)に基づき、前記測定量(A、δ)を求めるように構成されており、
測定量として好ましくは、両方の前記発光ストライプ(22a、b)間の間隔(A)及び/又は角度(δ)が求められ、
前記ワークピース(3)の厚さ方向(Z)における前記切断カーフ(16)の前記ギャップ幅(b(z))の推移に関して求められた前記少なくとも1つの測定量(A、δ)に応じて、前記熱切断プロセスの少なくとも1つの調整量(F、P)に作用を与えるための、開ループ制御装置及び/又は閉ループ制御装置(20)をさらに備えている、
ことを特徴とする装置(1)。 - 前記評価装置(19)は、前記発光ストライプ(22a、b)間の間隔(A)を、前記熱切断プロセスの送り方向(vR)を横切る方向での前記画像(B1、B2)の2つの強度最大値(IM1、IM2)のポジション(YM1、YM2)に基づき求めるように構成されている、
請求項1記載の装置。 - 前記画像捕捉装置(9)は、前記加工ビームのビーム軸(13)に対し所定の角度(β)で延在する観察方向(R1)から前記被監視領域(15)を観察するために、観察ビーム(7a)を形成するように構成されており、
前記観察ビーム(7a)は、好ましくは前記集束装置(4)を通り抜け、
前記画像捕捉装置(9)は、前記加工ビームの前記ビーム軸(13)に対し前記角度(β)で延在する前記観察方向(R1)から、前記被監視領域(15)の前記画像(B1)を生成するための結像光学系(14)を含む、
請求項1又は2記載の装置。 - 前記加工ビームの前記ビーム軸(13)に対する前記観察方向(R1)の前記角度(β)は1゜乃至5゜である、
請求項3記載の装置。 - 前記画像捕捉装置(9)は、前記観察ビーム(7a)の前記観察方向(R1)の配向、及び/又は、前記観察ビーム(7a)の伝達される前記第1の直線偏光成分(s)の方向を、前記熱切断プロセスの送り方向(vR)に応じて、前記加工ビームの前記ビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)内で変化させ、特に前記送り方向(vR)に対し相対的に一定に保持するように構成されている、
請求項3又は4記載の装置。 - 前記観察方向(R1)は、前記加工ビーム(2)の前記ビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)への投影において、送り方向(vR)で推移する、
請求項5記載の装置。 - 前記観察ビーム(7a)の伝達される前記第1の直線偏光成分(s)の方向は、前記加工ビーム(2)の前記ビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)内で、前記送り方向(vR)に対し55゜乃至125゜の角度(θ)で、好ましくは80゜乃至100゜の角度(θ)で延在する、
請求項5又は6記載の装置。 - 前記画像捕捉装置(9)は、前記ワークピース(3)の前記被監視領域(15)の前記少なくとも1つの画像(B1乃至B4)を、700nm乃至2μmの波長で生成するように構成されている、
請求項1から7までのいずれか1項記載の装置。 - ワークピース(3)における熱切断プロセスを監視するための、特に閉ループ制御するための方法であって、
ワークピース(3)の被監視領域(15)の少なくとも1つの画像(B1、B2)を生成することを含み、前記被監視領域(15)は、前記ワークピース(3)における切断プロセス時に形成される切断カーフ(16)の切断側面(23a、b)を含む、
方法において、
前記少なくとも1つの画像(B1、B2)に基づき、前記ワークピース(3)の厚さ方向(Z)での前記切断カーフ(16)のギャップ幅(b(z))の推移に関して、特に前記切断カーフ(16)の両方の前記切断側面(23a、b)間の角度(γ)に関して、少なくとも1つの測定量(A、δ)を求め、
前記少なくとも1つの画像(B1乃至B4)を生成するために、前記被監視領域(15)を監視するための観察ビーム(7a)のうち、第1の直線偏光成分(s)を検出器(12)へ伝達し、前記観察ビーム(7a)のうち、前記第1の直線偏光成分(s)に対し垂直な第2の偏光成分(p)をフィルタリングし、
前記少なくとも1つの画像(B1、B2)において、前記切断カーフ(16)の前記切断側面(23a、b)に沿って延在する2つの発光ストライプ(22a、b)に基づき、前記測定量(A、δ)を求め、
前記測定量は、好ましくは、両方の前記発光ストライプ(22a、b)間の間隔(A)又は角度(δ)を成し、
求められた前記測定量(A、δ)に応じて、前記熱切断プロセスの少なくとも1つの調整量(F、P)に作用を与えることをさらに含む、
ことを特徴とする方法。 - 前記被監視領域(15)を観察するための観察ビーム(7a)の観察方向(R1)の配向、及び/又は、前記観察ビーム(7a)の伝達される前記第1の直線偏光成分(s)の方向を、前記熱切断プロセスの送り方向(vR)に応じて、前記加工ビームのビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)内で変化させ、特に前記送り方向(vR)に対し相対的に一定に保持する、
請求項9記載の方法。 - 前記観察方向(R1)を、前記加工ビーム(2)の前記ビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)への投影において、送り方向(vR)で配向させる、
請求項10記載の方法。 - 前記観察ビーム(7a)の伝達される前記第1の直線偏光成分(s)の方向は、前記加工ビーム(2)の前記ビーム軸(13)に対し垂直な平面(X、Y)内で、前記送り方向(vR)に対し55゜乃至125゜の角度(θ)で、好ましくは80゜乃至100゜の角度(θ)で延在する、
請求項10又は11記載の方法。
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