JP7387870B2 - 板状または管状のワークピースをビーム加工するための方法 - Google Patents

板状または管状のワークピースをビーム加工するための方法 Download PDF

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Description

本発明の技術分野は、金属性のワークピース部材の製造であり、本発明は、板状または管状のワークピースをビーム加工するための方法に関し、加工ビームによって、切断ギャップを生成するためのワークピースの分離加工ならびにワークピースの非分離であると同時に非接合の後加工が行われる方法に関する。
レーザービームをガイドするための可動式ビームヘッドを備えた市販のレーザー切断装置では、大量かつ高精度のワークピース部材の自動生産が可能である。この場合、ワークピース部材は、レーザービームによって、板状または管状の金属性のワークピースから、それぞれの切断線に沿って切り取られる。これは、ビームヘッドとワークピースとの間で行われる相対運動によって行われる。
使用されるレーザー切断方法の形式に応じて、切り取られたワークピース部材の切断縁は、通常、手間のかかる機械的な後加工を要する。すなわち、鋭い切断縁は丸み付けされるべきであり、例えば面取部を設けるべきであり、切断縁のバリは除去されなければならない。さらに、切断縁は多くの場合、そののちの加工プロセスのために、例えば平滑化または粗面化によって準備されなければならない。プロセスガスとして酸素を用いるレーザー切断の際に切断縁に生じる酸化も問題である。酸化物層の多くは塗装が困難であるので、これを研磨によって除去しなければならない。さらなる問題は、コーティングされた、特に亜鉛メッキされたワークピースでは、切断ギャップの領域でコーティングが失われるので、コーティングされたワークピースから製作されたワークピース部材を、後からコーティングしなければならないか、またはコーティングを通常、ワークピース部材が切り取られてから初めて行うということである。
基本的に、ワークピース部材を完全に切り取った後で切断縁の領域で行われる機械加工は、しばしば手動でも行われるため時間がかかり、通常、極めて人的労力もかかる。さらに、後加工にはコストがかかるので、ワークピース部材の製造は、望ましくないことに、長期化し高価になる。
これに対して、本発明の課題は、板状または管状のワークピースから切断ビームによってワークピース部材を切り取る従来の方法を改良して、ワークピース部材の製造を自動化してより迅速かつ安価に、かつ高品質で行うことができるようにすることである。
この課題およびさらなる課題は、本発明の提案によれば、独立請求項の特徴を備えた、板状または管状のワークピースをビーム加工するための方法によって解決される。本発明の好適な構成は、従属請求項の特徴に記載されている。
本発明によれば、板状または管状のワークピースをビーム加工するための方法が提示される。本発明による方法は、切断ビーム（熱切断）によってワークピースにおける切断ギャップの生成が行われるすべてのプロセス、例えばレーザー切断またはガス切断で、使用することができる。好適には、本発明による方法は、レーザー切断で使用され、この場合、加工ビームはレーザービームであり、ビーム加工はレーザービーム加工であるが、これに限定されるものではない。
本発明の概念では、「ワークピース」の用語は、ワークピースから成る少なくとも１つのワークピース部材（製品部材）を製造すべき、板状または管状の、典型的には金属性の構成部材を意味する。板状のワークピースは典型的には平坦または扁平である。板状または管状のワークピースをビーム加工するための本発明による方法は、単一のワークピース部材について説明されているが、通常、このワークピースから複数のワークピース部材が製作されることを理解されたい。
本発明による方法では、切断ギャップを生成するためのワークピースの分離加工のほかに、非分離であると同時に非接合のワークピースの後加工（後処理）も行われるので、切断ビームの代わりに「加工ビーム」というより広義の用語を使用する。その出力密度を調節することにより加工ビームを選択的に、ワークピースの分離加工のために、または代替的に、非分離であると同時に非接合の加工のために使用できることを理解されたい。
加工ビームのエネルギ密度は、加工ビームによって照射されるワークピースの面積に関する加工ビームのエネルギを、例えば、Ｊ／ｍｍ２の単位で測定して表している。ワークピースの切断ギャップの生成および後加工に関連するのは、ワークピースの照射面が照射される時間間隔に関して、例えば、Ｊ／（ｍｍ２×秒）の単位で測定されるエネルギ密度であり、ここではおよび以下では「出力密度」と呼ばれる。実質的に、ワークピースによって吸収される出力密度が重要である場合には、出力密度は、ワークピースによって吸収される出力密度であると理解されてもよい。
本発明によれば、板状または管状のワークピースのビーム加工は、少なくとも１つのワークピース部材の切断線に沿って、ワークピースを分離する切断ギャップを生成するステップを含む。切断線は、ワークピースから製作すべきワークピース部材の輪郭（アウトライン）に相当する。切断線には完全に切断ギャップが設けられる、すなわち分離される。
切断ギャップの生成の際には、加工ビームをガイドするビームヘッドが、ワークピースの上方を移動し、このとき、加工ビームが切断線に沿ってガイドされる。したがって、切断線は、予め規定されたまたは予め規定可能な（仮想の）線または軌道であり、この線または軌道に沿って加工ビームまたはビームヘッドが、切断線によって輪郭付けられたワークピース部材を切り取るためにガイドされる。ワークピースの分離加工の際には、加工ビームは、ワークピースが（完全に）分離されるように算定された第１の出力密度を有している。加工ビームは、切口に向けられたプロセスガスビームと協働する。第１の出力密度は様々な出力密度値を取ることができ、すなわち一定である必要はない。
本発明の説明においては、基準系はワークピースに対して常に定置であって、ビームヘッドは可動であり、ワークピースは定置であるとみなされる。しかしながら、局所的に見ると、ビームヘッドがまたはワークピースがまたは両方が可動であるかどうかは問題ではない。したがって、可動のビームヘッドに加えて付加的にワークピースも移動すること、またはビームヘッドとワークピースとの両方が移動することも同様に可能である。
切断線に沿った切断ギャップの生成により、ワークピース部材は、その輪郭に沿って部分的にまたは完全に切り取られる。すなわち、切断ギャップは常に輪郭を形成する。したがって、本発明の概念では「切断ギャップ」の用語には、輪郭を形成せずワークピース部材の輪郭に沿って延在しない、切断ギャップの区分は含まれない。例えば、ワークピース部材を切り取る際にはしばしば、輪郭から離れたところでワークピースに突き刺しが行われ、切断ビームは最初に、短い距離だけ、ワークピース部材の輪郭を形成する切断線に向かって移動する。このときに、ワークピースに生成された切断ギャップは輪郭を形成するものではなく、したがって、本発明の概念で意味するような切断ギャップの用語には含まれない。
ワークピースからのワークピース部材の切り離し、すなわち、ワークピースからワークピース部材を分離または除去することができるような、ワークピースからのワークピース部材の完全な切り取りは、ワークピース部材の切断線（輪郭）に沿った閉じられた切断ギャップの生成によって行われる。しかしながら、切断ギャップは、ワークピース部材の輪郭の１つの区分または複数の区分のみに沿って延在することもでき、これによりワークピース部材は加工ビームによって部分的にのみ切り取られ、ワークピース部材はワークピースに依然として接続されている。好適には、ワークピース部材は、加工ビームによって切り離される（すなわち、完全に切り取られる）。切断ギャップは様々な区分に分割することができ、これらの区分は相前後して製作され、切断ギャップを例えば連続的に延長する。
ワークピースから少なくとも１つのワークピース部材が完全に切り取られる（すなわち、切り離される）と、残りのワークピースは、通常は「残留格子」と呼ばれる。本発明の概念では、少なくとも１つの切り取るべきワークピース部材が、少なくとも仮想的に除去される場合に、残っているワークピースを残留格子と記載する。本発明によれば、ワークピースの後加工は、ワークピース部材が部分的にのみ切り取られている場合に、すなわち完全には切り取られてない場合に行われる。記載を容易にするために、たとえワークピース部材がまだ切り離されていないとしても、少なくとも１つの切り取るべきワークピース部材の輪郭の内側の領域を有していない残っているワークピースは、残留格子と記載される。したがって、切断ギャップは、常に、互いに対向する２つの切断縁、すなわちワークピース部材側の切断縁と、残留格子側の切断縁とによって画定される。
「切り取る」という用語は、本発明の概念では、ワークピースからのワークピース部材の完全な切り取りおよび部分的な切り取りの両方の意味を含む。部分的に切り取られたワークピース部材は、残りのワークピース（残留格子）に引き続き堅固に接続されており、すなわち、部分的に切り取られたワークピース部材はなお、ワークピースの堅固な構成部分である。本発明の概念では、部分的に切り取られたワークピース部材と残りのワークピース（残留格子）との接続は十分に剛性的であり、したがって、残りのワークピース（残留格子）に対する、部分的に切り取られたワークピース部材の位置変化は、ワークピースの後加工の際に生じないか、またはこの場合に生じる何らかの位置変化は問題にならないほど小さく、合理的に考えてワークピースの後加工における結果の考慮すべき変化とはならない。
本発明によれば、部分的に切り取られたワークピース部材を含むワークピースが、切断線に沿って後加工される。部分的に切り取られたワークピース部材は、後加工の際に、１つ以上のいわゆるマイクロ接合部によってワークピースと接続されたままである。マイクロ接合部は、僅かな寸法のウェブであり、このようなマイクロ接合部は、ワークピース部材の輪郭に沿って典型的には、最大１．５ｍｍの寸法を有している。好適には、部分的に切り取られたワークピース部材は、輪郭または切断線に沿って、好適には少なくとも２ｍｍの、さらに好適には少なくとも３ｍｍの、特に少なくとも５ｍｍの寸法を有する領域を介して、ワークピースに接続されている。これは特に、０．５ｍｍ～３０ｍｍの範囲の薄板厚さを有する鋼板から成る従来のワークピースに対して該当する。マイクロ接合部は、通常、手動で（例えば、破断により）分離される。これとは相違して、部分的に切り取られたワークピース部材の、ワークピースからの切り離しは、好適には加工ビームによって行われる。
本発明による方法では、ワークピースから製作すべきワークピース部材の輪郭の少なくとも一部に相当する切断線に沿って、ワークピースを分離する切断ギャップの少なくとも１つの区分（すなわち、１つ以上の区分）を、加工ビームによって生成する。好適には、切断線は、ワークピースから製作すべきワークピース部材の（完全な）輪郭に相当する。この場合、ワークピース部材は部分的にのみ切り取られ、すなわち、依然としてワークピース（残留格子）に堅固に接続されている。
次いで、部分的に切り取られたワークピース部材を含むワークピース（すなわち、部分的に切り取られたワークピース部材および／または残留格子）の１回または複数回の後加工が加工ビームによって行われ、この場合、この後加工は、切断線に沿って延在する少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分（すなわち、１つ以上の区分）で実施される。後加工の際、ワークピースは、非接合であると同時に非分離で後加工される。少なくとも１つの後加工区域が、切断線に沿って延在している。ワークピースの後加工が実施される少なくとも１つの区分は、切断ギャップが既に生成されていることを前提に、特に切断ギャップに沿って、または切断ギャップの一区分に沿って延在していてよい。基本的には、ワークピースの後加工は切断線に沿って行われる。
切断線に沿った切断ギャップの生成は、１つ以上のステップで行うことができる。好適には、切断ギャップは、切断線に沿って区分ごとに生成され、すなわち、切断ギャップの複数の区分が生成されて、これらが共に補完し合って切断ギャップを形成するが、これは必須ではない。好適には、切断ギャップの既に形成された区分が、さらなる区分の生成の際に延長され、これにより切断ギャップは連続的に延長される。したがって、切断ギャップを区分ごとに生成する場合、ビームヘッドの移動運動ならびにワークピースの分離加工は継続的ではなく、好適には、ワークピースの１回または複数回の後加工によって少なくとも一度は中断される。
切断ギャップの生成と同様に、ワークピースの後加工も区分ごとに行われてよく、すなわち、後加工は、相次いで、例えばワークピースの分離加工によって分離されて、少なくとも１つの後加工区域の複数の区分で行われてよい。ワークピースの複数回の後加工は、複数の様々な後加工区域で行われてもよい。本発明による方法では、ワークピースの後加工を、切断線に沿って、切断ギャップを有していないワークピースの領域でも、特にワークピース部材の切り離し直前に行うことができる。
重要であるのは、ワークピース部材の領域におけるワークピースの後加工の際に、少なくとも１つのワークピース部材は、ワークピースから完全に切り取られているのではなく、部分的にのみ切り取られており、このとき、この部分的に切り取られたワークピース部材が残留格子に対して位置変化しないように、またはその位置変化が、後加工の際に合理的には考慮する必要のない程度に僅かであるように、ワークピースに堅固に（剛性的に）接続されているということである。ワークピースの後加工を、切断線に沿って、特に既に生成された切断ギャップに沿って、確実かつ安全に高い精度で行うことができるので、これは本発明の大きな利点である。これとは異なり、既に切り離されたワークピース部材の、残留格子に対する相対的な位置決めは、通常、規定することができず、したがって、ワークピース部材の後加工は、著しい不正確性を伴い、したがって、このようなやり方では、少なくとも、ワークピース部材の工業的な大量生産では使用できないほどの品質低下が生じる。これを回避するために、ワークピース部材の正確な位置決めのために相応な措置が必要となり、これは付加的な製造コストにつながる。さらに、ワークピース部材の製作時間も長くなる。
本発明によれば、ワークピースは、部分的に切り取られたワークピース部材の切断線に沿って後加工される。ワークピースの後加工は、ワークピース部材自体の後加工を、すなわち、ワークピース部材に所属の、切断線の一方の側に位置している、ワークピースの領域の後加工を含む。好適には切断線（輪郭）が閉じられている場合は、ワークピース部材は閉じられた輪郭の内側に位置しており、すなわち閉じられた輪郭の内側の領域が後加工される。ワークピースの後加工は、残留格子の後加工も、すなわち、ワークピース部材に所属していない、切断線の他方の側に位置している、ワークピースの領域の後加工も含む。好適には、切断線（輪郭）が閉じられている場合は、閉じられた輪郭の外側の領域が後加工される。切断線が閉じられていない場合には、このことは相応に当てはまり、この場合、ワークピースの後加工は、切断線の両側で行われてよい。この場合、重要であるのは、後加工がワークピース部材自体に限定されるのではなく、（部分的に切り取られたワークピース部材を含む）残留格子にも後加工を行うことができるということである。これは、「ワークピースの後加工」という一般的な表現によって明確である。
切断ギャップは切断線に沿って生成され、切断ギャップは完全な切断線にわたって延在する。ワークピース部材が完全に切り取られた（切り離された）場合、本発明によれば、切り離されたワークピース部材の後加工も、残っている残留格子（すなわち、切り離されたワークピース部材を有していない残留格子）の後加工も行われない。したがって、ワークピースの後加工は、引き続き切り取られるべきワークピース部材の切断線に沿って、常に行われ、特に、既に生成されているならば切断ギャップにも沿って行われる。
加工ビームは、ワークピースの後加工の際には、ワークピースを分離加工するために使用される第１の出力密度よりも低い第２の出力密度を有しており、この場合、ワークピースは非接合であると同時に非分離に後加工される。すなわち、既に切断ギャップが生成された場合は、ワークピースの後加工の際に、部分的に切り取られたワークピース部材が、切断ギャップを越えて再び残留格子に接続されることはない。同様に、ワークピースの後加工の際には、ワークピースの分離は行われない。
後加工の際には、切断ビームではなく、その出力密度によって後加工ビームである加工ビームが、後加工線に沿ってガイドされる。後加工線は、予め規定されたまたは予め規定可能な（仮想の）線または軌道であり、この線または軌道に沿って加工ビーム、または加工ビームをガイドするためのビームヘッドがガイドされる。
ワークピースの後加工は、切断線に沿って延在する少なくとも後加工区域の少なくとも１つの区分において行われる。少なくとも１つの後加工区域は、加工ビームによる照射により生じる。典型的には、後加工区域は、ビームの拡張により、（仮想の）後加工線よりも幅が広い。
後加工線と切断線とは同一であり得る。代替的に、後加工線は、切断線と同一ではない。例えば、後加工線は、切断線に対して側方にずらされて配置されており、この場合、後加工線は好適には、切断線に対して、垂直方向の（最短の）一定の間隔を有しており、すなわち後加工線と切断線とは等距離の線である。
本発明による方法の特に好適な構成によれば、部分的に切り取られたワークピース部材は、切断線に沿ったワークピースの１回または複数回の後加工の後、加工ビームによって切り離される（すなわち、完全に切り取られる）。
本発明による方法の特に好適な構成によれば、切断ギャップは区分ごとに生成され、この場合、切断ギャップの少なくとも２つの区分が、好適にはより多数の区分が生成されて、これらの区分は共に切断ギャップを形成する。したがって、ビームヘッドの移動運動およびワークピースの分離加工は、少なくとも１回は中断される。
好適には、ワークピースは、切断ギャップの２つの区分を生成する間に、少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分において、１回または複数回、後加工される。特に好適には、ワークピースは、事前に生成された、例えば直前に生成された、切断ギャップの区分に、少なくとも部分的に、特に完全に沿って延在する、少なくとも１つの後加工区域の１つの区分で、１回または複数回、後加工される。切断ギャップの、事前に生成された複数の区分、またはその一部に沿ってワークピースを後加工することもできる。切断ギャップの区分の間に、マイクロ接合部（すなわち、切断ギャップの最小限の中断部）が残されていてもよい。
例えば、ワークピースの後加工は、切断ギャップが区分ごとに生成される場合は、それぞれ事前に（例えば直前に）生成された切断ギャップの区分のみに沿って行われ、この場合、切断ギャップの、直接隣接する２つの区分の生成は、それぞれ、切断ギャップの事前に（例えば直前に）生成された区分に沿ったワークピースの少なくとも１回の後加工により中断される。少なくとも１つの後加工区域の、後加工が行われる区分は、切断ギャップの、完全な（直前に生成された）区分に沿って、またはその一部のみに沿って延在していてよい。複数回の後加工が行われる場合は、これらの複数回の後加工は、互いに異なる複数の後加工区域で行われてよい。典型的には、ビームヘッドは、ワークピースの２つの分離加工の間に移動して、このような移動運動の間、加工ビームは好適にはオフにされる。ビームヘッドは、この場合、ワークピース上方も、特に、ワークピース部材の輪郭の内側も移動することができる。例えば、ビームヘッドは、切断ギャップの１つの区分を生成する際に、それぞれ第１の切断位置から、それぞれ第２の切断位置へと移動する。次いで、ビームヘッドは、切断ギャップの生成された区分に沿ってワークピースを後加工するために、それぞれ第１の後加工位置から、それぞれ第２の後加工位置へと移動する。第１の後加工位置は、第１の切断位置に一致していてもよいし、異なっていてもよい。第２の後加工位置は、第２の切断位置に一致していてもよいし、異なっていてもよい。
ワークピースは、切断ギャップの１つの完全な区分に沿って、１回または複数回、後加工されてよい。しかしながら、ワークピースは、切断ギャップの区分の一部の内側でのみ、１回または複数回、後加工されてもよい。
少なくとも部分的に切断ギャップの区分を有していない、特に好適には、切断ギャップの１つの区分に沿って延在する、後加工区域の区分における後加工の継続的な延長部における、後加工区域の１つの区分においてワークピースを後加工するならば、好適であり得る。したがって、ワークピースを、切断ギャップを越えて切断線に沿って、特に、切断ギャップがまだ生成されていないワークピースの領域で、特に好適には、ワークピース部材と残留格子との間の接続ウェブ（例えば、マイクロ接合部）におけるワークピースの切り離し直前に、さらに後加工することができ、この場合、ワークピース部材は、接続ウェブの分離により切り離される、または手動で破断される。後加工後は、部分的に切り取られたワークピースを、好適には加工ビームによる接続ウェブの分離によっても切り離すことができる。このような措置は、ワークピースを完全な（閉じられた）切断線に沿って１回または複数回、後加工することができるという特別な利点を有しており、すなわち、好適には加工ビームによってのちに切り離されるワークピース部材は、その完全な輪郭にわたって、１回または複数回の後加工を含む。相応して、残留格子に、完全な切断ギャップに沿って、１回または複数回の後加工を行うことができる。これは、製品部分の内側で、中断部を製作する場合に特に好適であり、この場合、後加工は、破断部の切断縁に沿って全周にわたって行われてよい。発明者の実験が示したように、このような措置により、後加工では特に満足のいく成果を得ることができる。これは、本発明による方法の大きな利点である。
説明したように、切断ギャップを区分ごとに生成する場合は、切断ギャップの複数の区分が生成され、この場合、ワークピースの分離加工は、好適には少なくとも１回、特に複数回中断されて、特に切断ギャップの、または切断ギャップの一部の切断線に沿って、ワークピースの１回または複数回の後加工が実施される。好適には、切断ギャップの最後に生成される区分は、切断ギャップの事前に生成されたそれぞれ他の区分の各長さよりも小さい、切断線に沿って寸法設定された長さを有している。例えば、切断ギャップの、連続して生成される区分の長さは、ワークピース部材の切り離し点を起点として見て、切断ギャップを生成する方向に反して減少しない。ワークピースの後加工は、ワークピース部材がまだワークピースに堅固に接続されている場合にのみ行われるので、このような措置により、特に好適には、ワークピースを、切断線の可能な限り大きな部分に沿って後加工することができる。したがって、部分的に切り取られたワークピース部材をまだワークピースに接続している、ワークピースの後加工されていない部分は、切断ギャップに沿って加工された部分と比較して小さい。
本発明による方法の別の好適な構成によれば、少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分におけるワークピースの後加工の前に、付着防止剤から成る層を、少なくとも後加工区域において、ワークピース上に設ける。この付着防止層は、後加工の際に生じる、溶融物またはスラグのような物質の付着を阻止するように形成されている。付着防止層は、この目的で、分離剤、例えばオイルを含んでいる。
基本的に、後加工線は、切断線とは異なる延在を有していてよい。本発明の１つの構成によれば、ワークピースの後加工の際に、切断線の少なくとも１つの区分に沿って蛇行状の動きで、加工ビームがガイドされる。好適には、後加工線は、切断線に沿って蛇行状の延在を有しており、これにより、簡単に、後加工区域の拡張が可能である。このように生成された後加工区域は、引き続き、切断線に沿って延在している。「蛇行状の延在」という表現は、一般的に理解される。蛇行状の延在には、切断線に対して垂直な、互いに逆方向に向けられた運動成分を含む加工ビームの往復運動を有する加工ビームのすべての運動が含まれる。好適には、互いに逆方向に向けられた運動成分は同じ大きさを有しており、したがって蛇行状の延在は均一であるが、これは必須ではない。例えば、蛇行状の延在は正弦曲線状に形成されている。
本発明による方法は、切断ギャップの少なくとも１つの区分の生成後の、少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分におけるワークピースの１回または複数回の後加工を含んでいる。後加工区域の少なくとも１つの区分におけるワークピースの、初回の、特にかつ唯一の後加工の際でも、後加工線は、好適には、ワークピースが、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁を含む領域および／または切断ギャップの残留格子側の切断縁を含む領域において、加工ビームによって照射されるような延在を有している。好適には、一方の切断縁の後加工が行われ、この場合、それぞれ他方の切断縁も共に照射される。
本発明の概念において、「切断縁」の表現は、共に切断ギャップを形成する、残留格子およびワークピース部材の互いに向かい合う両（横断）面を意味する。典型的には、切断縁は、板状の（平坦な）ワークピースの平面に対して垂直、または管状のワークピースの切断ギャップの領域における接平面に対して垂直である。「残留格子」の概念の本発明による使用と同様に、部分的に切り取られたワークピース部材の切断縁に対向する、ワークピースの切断縁は、ワークピース部材が完全に切り取られているのではなく、部分的にしか切り取られていないにもかかわらず、「残留格子側の切断縁」と呼ばれる。各切断縁のほかに、後加工される領域は、切断縁に対して横方向に延在するワークピースの区分を有していてもよい。しかしながら、切断縁の部分ではない、ワークピースの別の区分を照射せずに、もっぱら切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁のみを後加工することもできる。
本発明の構成によれば、少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分におけるワークピースの後加工の際に、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または切断ギャップの残留格子側の切断縁が含まれている。
好適には、少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分におけるワークピースの複数回の後加工が行われるが、これは必須ではない。好適には、後加工区域は、初回の後加工の際に、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁を含んでいる。後続の後加工で、後加工区域は、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁を含んでいてよく、この場合も同様に、後加工区域が、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側切断縁を含んでいなくてもよい。例えば、初回の後加工は、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁を含む後加工区域において、または後加工区域の一区分において行われ、それぞれさらなる後加工では、切断縁は、後加工区域にまたは後加工区域の区分に含まれない。このような構成は、切断ギャップに面取部を生成する場合に特に好適である。特に、面取部は、後加工された切断縁を起点として生成され得る。少なくとも１回の後続の後加工では、切断縁をそれ以上、共に照射する必要はなく、加工ビームは、例えば面取部を拡大するために、切断縁から離れる方向で、ワークピース部材または残留格子内へとさらにずらされてよい。
複数回の後加工が行われる場合には、後続の後加工の後加工区域は、好適には、先行する後加工の後加工区域を少なくとも部分的に含む。
複数回の後加工が行われる場合には、同じまたは異なる後加工線、および／または加工ビームの同じまたは異なる出力密度が使用されてよい。本発明による方法の１つの構成では、後加工区域の同じ区分で実施される少なくとも２回の後加工は、異なる後加工線および／または加工ビームの異なる出力密度を有している。
ワークピースの後加工のための方向は、切断ギャップを生成する方向と同じであってよい、または逆であってよい。
加工ビームのビーム軸線は、ワークピースの分離の際には、好適には常に、板状または管状のワークピースに対して垂直にまたはワークピース表面に対して常に垂直に向けられているが、このビーム軸線が垂直ではないことも考えられる。加工ビームのビーム軸線は、ワークピースの後加工の際には、好適には常に、板状または管状のワークピースに対して垂直にまたはワークピース表面に対して常に垂直に向けられているが、このビーム軸線が垂直ではないことも考えられる。
加工ビームの「向き」とは、加工ビームの、ワークピースに衝突するビーム円錐の中心ビーム（すなわち、ビーム軸線）と、ワークピースの平坦なワークピース表面との間の角度であると理解されたい。管状のワークピースの場合、ビーム軸線の衝突点におけるワークピース表面に対する接平面が考慮される。加工ビームの垂直の向きでは、ビーム軸線とワークピース表面との間の角度は９０°である。
本発明による方法の好適な構成によれば、後加工のためにワークピースを照射する際の加工ビームの向きは常に不変であり、切断ギャップを生成するためにワークピースを照射する際の加工ビームの常に不変の向きと同じである。好適には、加工ビームは、ワークピースの分離および後加工の際に、ワークピース表面に対して常に垂直に向けられている。したがって、加工ビームのビーム軸線は、切断ギャップの生成の際および後加工の際に不変に維持される。このような措置により、ワークピースの加工を、制御技術的観点で著しく簡単にすることができる。さらに、ワークピースに対するビームヘッドおよび／または加工ビームの相応の旋回機能の技術的実装のためのコストを削減することができる。
本発明による方法の代替的な構成によれば、ワークピースの後加工のためにワークピースを照射する際の加工ビームの向きは、ワークピースの分離の際の加工ビームの向きと少なくとも時間ごとに異なっている。特に、後加工の際のビーム軸線は、少なくとも時間ごとに、ワークピース表面に対して９０°とは異なる角度をとっていてよい。加工ビームの方向付けは、ビームヘッドの旋回機能によって（機械的に）かつ／または加工ビームの旋回性によって（光学的に）行うことができる。
ワークピースの分離の際には、加工ビームまたはそのビーム軸線は、切断線に沿ってガイドされる。したがって、切断線は、切り取るべきワークピース部材のための切断ギャップを生成する際のワークピース表面上の加工ビームの経路を規定する。後加工の際には、加工ビームまたはそのビーム軸線は、後加工線に沿ってガイドされる。したがって、後加工線は、切断ギャップに沿って行うワークピースの後加工の際の、ワークピース表面上の加工ビームの経路を規定する。後加工区域は、後加工の際に照射されるワークピースの領域により生じる。
加工ビームは、ビームヘッドの移動により、かつ／またはワークピース表面に対するビームヘッドの向きの変更（ビームヘッドの旋回）により、かつ／またはビームヘッドに対するビーム方向の変更（向きが不変のビームヘッドに対する加工ビームの光学的旋回）により、制御することができる。好適には、加工ビームの制御は、ビームヘッドの移動によってのみ行われ、この場合、ワークピースのビーム加工（分離加工および後加工）の際に、ワークピース表面に対するビームヘッドの向き、およびビームヘッドに対する加工ビームの向きは不変に維持され、したがって手間およびコストのかかる技術的な装備が回避される。
本発明による方法の１つの構成によれば、後加工線と切断線との間の間隔は（後加工線は好適には切断線に対して等距離にずらされている）、最大で、ワークピース表面における加工ビームのビーム円錐の半径に、切断ギャップのギャップ幅の半分を加算したものである。しかしながら、例えば、面取部を多段階的に製作する場合に、後続の後加工における後加工線が、先行する後加工の後加工線よりも、切断ギャップから遠くに配置されている場合には、後加工線と切断線との間の間隔は、より大きくてもよい。面取部を多段階的に製作する場合、初回の後加工の際の後加工区域は、少なくとも１つの切断縁を含んでおり、この場合、少なくとも１回の後続の後加工の際の後加工区域は、好適には切断縁を含んでいない。
例えば、後加工の間のビームヘッドの移動曲線は、分離の間のビームヘッドの移動曲線に対して、（特に等距離で）側方にずらされている。後加工の際のビームヘッドの移動曲線と、分離の際のビームヘッドの移動曲線とは、平行な延在を有していてよい。
ワークピースの後加工の際には、加工ビームが、第１の出力密度とは異なる第２の出力密度を有しており、この第２の出力密度は、ワークピースの非接合であると同時に非分離の（しかしながら、場合によっては再溶融が生じる）後加工が行われるように算定されている。すなわち、後加工では、部分的に切り取られたワークピース部材とワークピース（残留格子）との間の結合が切断ギャップを越えて形成されることはなく、ワークピースの分離も行われない。この場合、プロセスガスの影響が考慮され、本発明によれば、加工ビームの出力密度とは、ワークピースによって吸収される出力密度であると理解されてよい。出力密度または吸収される出力密度の変更は、様々な措置によって行うことができ、特に、加工ビームのエネルギの変更、ビーム焦点の変更、ビームヘッドからワークピース表面までの距離の変更、プロセスガスの種類および／またはパラメータの変更等によって行うことができる。当業者には出力密度の変更のための措置がよく知られているので、ここではそれについて詳しく説明する必要はない。好適には、出力密度は、もっぱら、ビームヘッドとワークピース表面との間の垂直な距離の変更により変更される。
例えば、第２の出力密度は、第１の出力密度の５０％未満、４０％未満、３０％未満、２０％未満、１０％未満、または１％未満である。
板状または管状のワークピースをビーム加工するための本発明による方法では、ワークピースの後加工を様々な形式で行うことができ、後加工の形式に応じて、後加工線および加工ビームの第２の出力密度が適切に選択される。本発明による方法は、多数の様々な後加工のために好適に利用することができ、そのうちの７つの使用例を以下に例として記載する。
第１の使用例では、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁から酸化物層が除去される。これにより、好適には、完全に切り取られたワークピース部材における酸化物層の除去を省くことができる。場合によっては、照射領域を切断縁に限定することができる。
第２の使用例では、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁からバリ（例えば、微細なバリ）が除去される。バリは、しばしば、ワークピース表面に隣接して（加工ビーム側に）、かつ／またはワークピース下面に隣接して（加工ビームとは反対側に）存在している。場合によっては、照射領域を切断縁に限定することができる。
第３の使用例では、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁が（再溶融によって）丸み付けされる。この場合、後加工線を、切断線に対して、加工すべき切断縁の方向に側方へ、好適には最大で、ワークピース表面における加工ビームのビーム円錐の半径に切断ギャップ幅の半分を加算した分だけ、ずらすことができる。
第４の使用例では、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁の形状が（再溶融によって）変更され、例えば、接合プロセスを改善するために、例えば平滑化または粗面化される。
第５の使用例では、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁および／または残留格子側の切断縁に面取部が生成される。これは、複数のステップで行われてもよく、好適な構成によれば、それぞれ後続の後加工における後加工線は、所属の切断縁からさらに遠くに配置される。
第６の使用例では、ワークピースは、切断ギャップのワークピース部材側の切断縁を含む領域、および／または切断ギャップの残留格子側の切断縁を含む領域で熱処理され、例えば、硬化または軟化焼鈍される。これは複数のステップで行われてもよく、好適な構成によれば、それぞれ後続の後加工における後加工線は、所属の切断縁からさらに遠くに配置される。
第７の使用例では、ワークピース部材側の切断縁、および／またはワークピース部材側の切断縁を含む、部分的に切り取られたワークピース部材の領域に、かつ／または切断ギャップの残留格子側の切断縁、および／または残留格子側の切断縁を含む、残留格子の領域に、後加工の際に、コーティング（例えば、亜鉛コーティング）が設けられる。これは、コーティングを生成する物質（例えば、亜鉛）を第２のプロセスガスビームに添加することによって簡単に行うことができる。第２のプロセスガスビームは、加工ビームに対して好適には同軸にガイドされる（第１の）プロセスガスビームとは異なる。場合によっては、第２のプロセスガスビームによる照射領域を、切断縁に限定することができる。コーティングは、複数のステップで行われてもよく、好適な構成によれば、それぞれ後続の後加工における後加工線は、所属の切断縁からさらに遠くに配置される。このような措置により、特に好適には、コーティングされたワークピースも、切断ビームによって熱的に分離するように加工することができる。完全に切り取られたワークピース部材の場合によっては行われるコーティングは不要である。
ワークピースをビーム加工するための本発明による方法は、上述した使用例に限定されるものではない。むしろ、本発明による方法を好適に利用することができる多数の別の使用例が考えられる。
ワークピースを後加工する際には、上述した使用例ならびに別の使用例を、個々に、または任意の組み合わせで、実施することができる。
ワークピースをビーム加工するための本発明による方法では、加工ビームはビームヘッドによってガイドされて、ビームノズル開口が設けられている端部側のビームノズルから出射する。必須ではないが典型的には、ビームノズルは、ワークピースまたはワークピース載置部に向かって円錐状に減径している。ビームノズル開口は、必須ではないが典型的には円形である。加工ビームは、必須ではないが典型的には、ワークピースに衝突するビーム円錐の形状で形成されている。典型的には、ビームヘッドは、（第１の）プロセスガスビームをガイドするためにも用いられ、プロセスガスビームは、必須ではないが典型的には、加工ビームと同じビームノズルから出射され、好適には、加工ビームと同軸にガイドされている。ビームヘッドのビームノズルから出る（第１の）プロセスガスビームは、必須ではないが典型的には、ワークピースに衝突するガス円錐の形状で形成されている。上述したように、ビームヘッドは、第１のプロセスガスビームとは異なる第２のプロセスガスビームをガイドするためにも使用することができ、第２のプロセスガスビームは、コーティング材料を搬送するために用いられ、加工ビームと同じ、ビームヘッドの穴からは出ない。
ビームヘッドは、ワークピースに対して動かすことができる。典型的には、平坦なワークピース載置部上に載置されるワークピースは、ビームヘッドに対向する、例えば平坦なワークピース表面を有しており、このワークピース表面に対して、ワークピースの分離加工ならびに後加工のために加工ビームおよびプロセスガスビームを向けることができる。
本発明はさらに、板状または管状のワークピースをビーム加工するための、ビームヘッドによってガイドされる加工ビームを含むビーム加工装置にまでおよび、このビーム加工装置は、上述した本発明による方法を実施するために（プログラム技術的に）調整されている、ワークピースのビーム加工を開ループ制御／閉ループ制御するための電子制御装置を有している。
さらに本発明は、このようなビーム加工装置のための、データ処理に適した電子制御装置用のプログラムコードであって、上述した本発明による方法を制御装置に実行させる制御コマンドを含んでいる、プログラムコードにまで及ぶ。
さらに本発明は、このようなビーム加工装置のための、データ処理に適した電子制御装置用のプログラムコードが記憶されたコンピュータプログラム製品（記憶媒体）であって、上述した本発明による方法を制御装置に実行させる制御コマンドを含んでいるプログラムコードが記憶された、コンピュータプログラム製品（記憶媒体）にまで及ぶ。
本発明の上述した構成は、単独でまたは任意の組み合わせで、本発明の範囲を逸脱することなく利用できることを理解されたい。
次に、本発明を、添付の図面を参照して、実施例に基づき詳しく説明する。
ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースをビーム加工するための例示的なプロセスを示す図である。 ワークピースを後加工するための１つの使用例を示す図である。 ワークピースを後加工するための別の使用例を示す図である。 ワークピースを後加工するためのさらに別の使用例を示す図である。 ワークピースを後加工するためのさらに別の使用例を示す図である。 ワークピースを後加工するためのさらに別の使用例を示す図である。 ワークピースを後加工するためのさらに別の使用例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の１つの例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の１つの例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の１つの例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の１つの例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の別の例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の別の例を示す図である。 ワークピースの複数回行われる後加工の別の例を示す図である。 ワークピースをビーム加工するための本発明による方法を実施するための例示的なビーム加工装置を概略的に示す図である。 本発明による方法のフローチャートを示す図である。
まず図２９を参照すると、そこには、プレート状のワークピースをビーム切断するための公知のビーム加工装置が示されている。全体を符号１で示したビーム加工装置は、ビームヘッド３を備えたビーム切断装置２と、ワークピース９（図２９には図示せず、図１～図１５参照）、例えば平たい鋼板のためのワークピース載置部５を備えた作業テーブル４とを含む。ワークピース載置部５の上方にはクロスメンバ６が跨設されており、このクロスメンバは、第１の軸線方向（ｘ方向）に沿って移動可能にガイドされている。
クロスメンバ６には、ビームヘッド３用のガイドキャリッジ７が取り付けられていて、このガイドキャリッジはクロスメンバ６に沿って、第１の軸線方向に対して垂直な第２の軸線方向（ｙ方向）で移動可能にガイドされている。したがって、ビームヘッド３は、これら両軸線方向（ｘ方向、ｙ方向）によって規定される平面内で、例えば水平方向のワークピース載置部５に対して平行かつ相対的に移動することができる。さらに、ビームヘッド３は、第１の軸線方向および第２の軸線方向に対して垂直な第３の軸線方向（ｚ方向）で高さ方向に移動可能に形成されており、これにより、ワークピース載置部５に対する垂直方向の間隔を変更することができる。ワークピース載置部５が水平方向の場合は、ｚ方向は重力方向に相当する。ビームヘッド３は、ワークピース載置部５に面した側に、ワークピース載置部５に向かって円錐状に減径するビームノズル１３を有している。ビームヘッド３は、加工ビーム、この場合、例えばレーザービームならびにプロセスガスビームをガイドするために用いられる。加工ビームは、加工ビーム源８により生成され、例えばビームガイド管と複数の変向ミラーまたはライトガイドケーブルによって、ビームヘッド３へとガイドされる。集束レンズまたは補償光学を介して、加工ビームは、集束された形態でワークピースへと向けることができる。第１の軸線方向（ｘ方向）および第２の軸線方向（ｙ方向）に沿った、ビームヘッド３の可動性に基づき、加工ビームは、ワークピースのあらゆる任意の点に移動することができる。ｚ方向でのビームヘッド３の高さ方向可動性により、ワークピース表面に対する（垂直方向の）間隔を変更することにより、ワークピースに対するビームノズル１３の作業間隔を調節することができる。ワークピース表面からビームヘッド３までの距離、特に切断高さは、切断プロセス前、切断プロセス中、および切断プロセス後に調節することができる。ワークピースの分離加工は、特に切断高さの範囲内で変更可能な切断高さをもって実施することができる。加工ビームの焦点位置は、ビームヘッド３内の光学要素、例えば補償光学を介して調節することができる。
第１のプロセスガスビーム（詳しくは図示せず）は、溶融物を切口から排出するために用いられる。プロセスガスビームは、詳しくは図示されていないガスビーム発生装置によって生成される。不活性プロセスガスとして、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、アルゴン（Ａｒ）、または窒素（Ｎ２）が使用される。反応性のプロセスガスとしては、通常酸素（Ｏ２）が使用される。混合ガスの使用も公知である。プロセスガスビームは、加工ビーム１６と同じビームノズル１３から噴出し、例えば、加工ビーム１６と同軸に加工個所へとガイドされ、そこで、ガスビーム発生装置によって予め規定された（初期の）ガス圧で、ワークピースのワークピース表面へと衝突する。
図２９に示したように、ワークピース載置部５は例えば、例えば三角形状に形成された支持点先端を備えた複数の載置エレメントから成っており、これら複数の載置エレメントは共に、加工すべきワークピース９のための１つの載置平面を画定する。載置エレメントは、この場合、例えば細長い載置ウェブとして形成されており、これらの載置ウェブはそれぞれ、ｙ方向に延在し、例えば一定の中間間隔を置いて、ｘ方向に沿って平行な配置で、互いに隣接して配置されている。ビーム切断中に生じる切断煙、スラグ粒子、および小さな廃棄部分を吸い込むことができる吸引装置は詳しくは図示されていない。
プログラム制御された制御装置１２は、ビーム加工装置１におけるワークピース９のビーム加工のための本発明による方法を開ループ制御／閉ループ制御するために機能する。
次に、図１～図１５を参照するが、これらの図には、図２９のビーム装置１によるワークピースのビーム加工のための例示的なプロセスが示されている。図１～図１５はそれぞれ、この順序で、この方法のその後の状態に対応している。
まずは、切断線１４（破線）が示されている図１を参照されたい。切断線１４は、切り取られたワークピース部材１１の完全な輪郭（アウトライン）に相当する仮想線である。この輪郭は、切り取るべきワークピース部材１１の外側の形状を示している。ワークピース部材１１は、詳しくは図示されていない板状または管状のワークピース９から完全に切り取られるべきもので、この場合、残留格子１０が残る。ワークピース部材１１はこの場合、例えば、丸みの付いた角を備えた長方形状であるが、ワークピース部材１１はいかなる任意の形状も有してよいことを理解されたい。
図２には、ビームヘッド３から出射する加工ビーム１６、例えばレーザービームが概略的に示されている。加工ビーム１６は切断線１４に沿ってガイドされ、このとき、相応の出力密度で、ワークピース９からワークピース部材１１を切り取るために、ワークピース９に切断ギャップ１５が生成される。ビームヘッド３は、この目的で、切断線１４の上方で、加工ビーム１６のビーム軸線が、切断線１４の切断位置Ａに重なる位置へと移動している。図２に示されるように、ビームヘッド３は切断線１４に沿って移動され、このとき、加工ビーム１６は切断位置Ａから切断位置Ｂへと動かされる。これにより、ワークピース９を貫通する切断ギャップ１５（実線）が、切断位置Ａと切断位置Ｂとの間に生成される。
さらなる説明により明らかであるように、切断ギャップ１５は区分ごとに生成され、この場合は、切断ギャップ１５の第１の区分１５－１がまずは生成される。切断ギャップ１５の第１の区分１５－１は、切断線１４の第１の区分１４－１に相応して生成される。もちろん、加工ビーム１６は、切断線１４から離れてワークピース９を貫通することもできるが、本発明では、切断ギャップ１５は、ワークピース部材１１の輪郭（切断線１４）に沿ってのみ延在する。
図３には、切断位置Ａと切断位置Ｂとの間に切断ギャップ１５の第１の区分１５－１が完全に生成された状態が示されている。ワークピース９の分離加工はここで中断される。加工ビーム１６はオフにされ、ビームヘッド３は、切断線１４の切断位置Ａの上方の位置へと移動する。図３に矢印で示したように、ビームヘッド３の移動運動は切断線１４の内側で、すなわち切り取るべきワークピース部材１１の上方で、切断線１４の切断位置Ｂと切断位置Ａとの間の直線に沿って行われる。切断位置Ａは、後加工線１８（図４参照）の第１の後加工位置に相当する。移動運動が、切り取るべきワークピース部材１１の上方で行われないことも同様に可能である。
図４に示したように、加工ビーム１６は今や再びオンにされ、ビームヘッド３は後加工線１８（破線）に沿って移動し、このとき、加工ビーム１６は、切断位置Ａに相当する第１の後加工位置から、切断位置Ｂに相当する第２の後加工位置へと移動する。この場合、後加工区域２２の第１の区分２２－１（概略的に実線によって示す）においてワークピース９の後加工が行われる。
図５には、ワークピース９が、切断ギャップ１５の完全な第１の区分１５－１に沿って後加工された状態が示されている。後加工領域または後加工区域２２の第１の区分２２－１は、実線で概略的に示されている。切断ギャップ１５の部分的な生成と同様に、後加工区域２２も部分的に生成される。具体的には、ワークピース９が、後加工区域２２の第１の区分２２－１で後加工される。
図４およびさらなる図５～図１５では、後加工線１８および後加工区域２２は、図示の都合上、それぞれ切断線１４に対して等距離に平行にずらされて示されている。これは、所定の使用例に関しては、後加工線１８の好適な位置決めにも相当する。ここに例として説明した後加工に関しては、後加工線１８は、切断線１４と同じであるのが望ましく、これは所定の使用例に関しては、後加工線１８の等しい好適な位置決めに相当するが、図面では良好に示すことができない。
もちろん、後加工区域２２は、通常、その延在に対して垂直方向で、後加工線１８よりも広い寸法を有しているが、このことは概略的な図面には図示されていない。後加工線１８は、単にビームヘッド３の移動運動を示す。後加工区域２２は、ビームによって後加工されたワークピース９の領域である。後加工線１８は、切断線１４に沿って延在している。したがって、一般的に、後加工区域２２も切断線１４に沿って延在している。しかしながら、後加工区域２２は、切断線１４および切断ギャップ１５を含んでいなくてもよい。しかしながら、後加工区域２２は、切断ギャップ１５または切断ギャップ１５の一区分を含むことができる。切断ギャップ１５は、互いに対向する２つの切断縁１９，１９’によって画定される（図１６以下参照）。
後加工区域２２の一区分における後加工は、それぞれ第１の後加工位置からそれぞれ第２の後加工位置へのビームヘッド３の移動により行われる。後加工区域２２の各区分について、それぞれ第１の後加工位置と第２の後加工位置とが記載されている。
図５に示したように、切断位置Ｂを起点として、ワークピース９はさらに分離加工され、この場合、既に生成された切断ギャップ１５の第１の区分１５－１が、切断位置Ｃまで延長される。
図６には、切断位置Ｂと切断位置Ｃとの間に、切断線１４の第２の区分１４－２に沿って、切断ギャップ１５のさらなるまたは第２の区分１５－２が生成された状態が示されている。ワークピース９の分離加工はここで中断される。加工ビーム１６はオフにされ、ビームヘッド３は、矢印で示したように、切断線１４の切断位置Ｂの上方の位置へと移動する。切断位置Ｂは、後続の後加工のための、後加工線１８の第１の後加工位置に相当する（図７参照）。
図７に示したように、加工ビーム１６は、再びオンにされ、ビームヘッド３は、後加工線１８に沿って移動し、このとき、加工ビーム１６は、切断位置Ｂに相当する第１の後加工位置から、切断位置Ｃに相当する第２の後加工位置へと移動する。
図８には、ワークピース９が、切断位置Ｂに相当する第１の後加工位置と、切断位置Ｃに相当する第２の後加工位置との間で、切断ギャップ１５の完全な第２の区分１５－２に沿って、後加工区域２２のさらなるまたは第２の区分２２－２において後加工された状態が示されている。後加工区域２２の第２の区分２２－２は、後加工区域２２のそれ以前に生成された第１の区分２２－１を延長している。
図８に示したように、次いで、切断位置Ｃを起点として、ワークピース９はさらに分離加工され、この場合、既に生成された切断ギャップ１５の部分が、切断位置Ｄまで延長される。
図９には、切断位置Ｃと切断位置Ｄとの間に、切断線１４の第３の区分１４－３に沿って、切断ギャップ１５の第３の区分１５－３が生成された状態が示されている。ワークピース９の分離加工はここで中断される。加工ビーム１６はオフにされ、ビームヘッド３は、切断線１４の切断位置Ｃの上方の位置へと移動する。切断位置Ｃは、後続の後加工のための、後加工線１８の第１の後加工位置に相当する（図１０参照）。切断ギャップ１５の第３の区分１５－３は、切断ギャップ１５の第２の区分１５－２を延長している。
図１０に示したように、加工ビーム１６は再びオンにされ、ビームヘッド３は後加工線１８に沿って移動し、このとき、加工ビーム１６は、切断位置Ｃに相当する第１の後加工位置から、切断位置Ｄに相当する第２の後加工位置へと移動する。
図１１には、ワークピース９が、第１の後加工位置と第２の後加工位置との間で、切断ギャップ１５の完全な第３の区分１５－３に沿って、後加工区域２２の第３の区分２２－３において後加工された状態が示されている。後加工区域２２の第３の区分２２－３は、後加工区域２２のそれ以前に生成された第２の区分２２－２を延長している。
図１１に示したように、切断位置Ｄを起点として、ワークピース９はさらに分離加工され、この場合、既に生成された切断ギャップ１５の部分が、切断位置Ｅまで延長される。
図１２には、切断位置Ｄと切断位置Ｅとの間に、切断線１４の第４の区分１４－４に沿って、切断ギャップ１５の第４の区分１５－４が生成された状態が示されている。ワークピース９の分離加工は中断される。切断ギャップ１５の第４の区分１５－４は、切断ギャップ１５の第３の区分１５－３を延長している。
加工ビーム１６はオフにされ、ビームヘッド３は、切断位置Ｄの上方の位置へと移動する。切断位置Ｄは、後続の後加工のための、後加工線１８の第１の後加工位置に相当する（図１３参照）。
図１３に示したように、加工ビーム１６は再びオンにされ、ビームヘッド３は後加工線１８に沿って移動し、このとき、加工ビーム１６は、切断位置Ｄに相当する第１の後加工位置から、切断位置Ｅに相当する第２の後加工位置へと移動する。
図１４には、ワークピース９が、切断位置Ｄに相当する第１の後加工位置と、切断位置Ｅに相当する第２の後加工位置との間で、切断ギャップ１５の完全な第４の区分１５－４に沿って、後加工区域２２の第４の区分２２－４において後加工された状態が示されている。後加工区域２２の第４の区分２２－４は、後加工区域２２のそれ以前に生成された第３の区分２２－３を延長している。
図１４に示したように、次いで、切断位置Ｅを起点として、ワークピース９はさらに分離加工され、この場合、既に生成された切断ギャップ１５の部分が、切断線１４の第５の区分１４－５に沿って切断位置Ａまで延長される。これにより、切断ギャップ１５が閉じられ、ワークピース部材１１は残留格子１０から切り離され、したがって取り外すことができる。切り離されたワークピース部材１１では、本発明によれば後加工が行われないので、切り離されたワークピース部材１１のさらなる後加工は行われない。この場合、切断ギャップ１５の第４の区分１５－４を延長する、切断ギャップ１５の第５の区分１５－５が生成される。
しかしながら、図１～図１５に例として示した方法の特に好適な態様では、後加工区域２２の第４の区分２２－４におけるワークピース９の後加工後に、切断ギャップ１５の第５の区分１５－５を生成するよりも前に、すなわち、ワークピース部材１１の切り離し前に、切断位置ＥとＡとの間で（図１４参照）、切断線１４の第５の区分１４－５に沿ってワークピース９のさらなる後加工が行われる。このことは、図１４への描き込みにより概略的に示されている。この場合、後加工区域２２の延長された第４の区分２２－４’は、切断位置Ａ（第２の後加工位置）まで延在しており、これにより後加工区域２２は、完全な切断線１４に沿った閉じられた細長い領域として、すなわち、ワークピース部材１１の完全な輪郭を取り囲む全周にわたって、延在している。特にこのような後加工が行われた場合、好適には、切断線１４の第５の区分１４－５の領域で、切断ギャップ１５ののちに生成すべき一方の切断縁または両方の切断縁に面取部を生成することができる。次いで、切断ギャップ１５の第５の区分１５－５を生成することにより、ワークピース部材１１は切り離される。
すべての分離加工において、加工ビーム１６は、ワークピース９が分離されるように算定された第１の出力密度を有している。第１の出力密度は様々な値を取ることができ、すなわち、第１の出力密度は一定の値である必要はない。すべての後加工において、加工ビーム１６は、ワークピース９が接合も分離も行われないように算定された第２の出力密度を有している。これにより、ワークピース９は切断線１４に沿って後加工される。第２の出力密度は様々な値を取ることができ、すなわち、第２の出力密度は一定の値である必要はない。
加工ビーム１６のビーム軸線は、例えば、円錐状のビームノズル１３に対して軸平行であって、ワークピース９に対して垂直に衝突する。すべての分離加工とすべての後加工とにおいて、加工ビーム１６は、ワークピース表面１７に対してそのビーム軸線の向きを変更することなく（例えば、９０°で）ワークピース表面１７に向けられる。
後加工は、複数の形式で変更することができる。例えば、後加工線１８を、切断線１４に対して（例えば、等距離で）側方にずらして配置することができる。例えば、後加工区域２２の区分２２－１～２２－４（２２－４’）のそれぞれ第１の後加工位置とそれぞれ第２の後加工位置とを、ワークピース９が、切断線１４の各区分１４－１～１４－５の一部のみに沿って、または切断ギャップ１５の各区分１５－１～１５－５の一部のみに沿って後加工されるように、位置決めすることもできる。すなわち、後加工区域２２の各区分２２－１～２２－４は、切断線１４の所属の区分１４－１～１４－５の全長さにわたって、または切断ギャップ１５の所属の区分１５－１～１５－５の全長さにわたって延在するのではない。例えば、後加工の方向は、切断ギャップ１５を生成する方向の逆であってもよい。
１つの構成によると、切断線１４の各区分１４－１～１４－５には、１回だけの後加工を行うことができる。しかしながら、切断線１４の１つの同じ部分または区分１４－１～１４－５に対して複数の後加工を施すこともできる。好適には、ワークピース９は、切断線１４の１つの同じ部分または区分１４－１～１４－５の第１の後加工の際に、切断ギャップ１５のワークピース部材側の切断縁１９を含む領域および／または切断ギャップ１５の残留格子側の切断縁１９’を含む領域において、加工ビーム１６によって照射される。例えば、切断縁１９，１９’の照射の際に、それぞれ対向する切断縁１９’，１９も共に照射される。
特に図１５から明らかであるように、最後の（第５の）分離手順では、先行するすべての分離工程で生成された切断ギャップ１５の区分の各長さよりも短い長さである、切断ギャップ１５の部分または区分１５－５が生成される。このような措置によって好適には、後加工が施されない切断ギャップ１５の部分を最小限にすることができる。分離手順で生成される切断ギャップ１５の部分の長さは、ワークピース部材１１の切り離し点を起点として、例えば連続的に増大していてもよい。代替的に、図１４との関連で上述したように、ワークピース９には、ワークピース部材１１を切り離す前に、ワークピース９が残留格子１０にまだ接続されている領域で後加工を施すことができる。したがって、切断線１４の最後の（第５の）区分１４－５の後加工の際には、まずはワークピース９の後加工が行われ、次いで、ワークピース部材１１を切り離すために、切断ギャップ１５の（第５の）区分の生成が行われる。
好適な態様では、後加工線１８は、切断線１４に沿って蛇行状の延在を有している。これにより、後加工区域２２は、好適には、切断線１４に対して垂直な方向で広げることができる。
次に図１６～図２１を参照するが、これらの図には、図１～図１５に示した方法におけるワークピース９の後加工のための様々な使用例が示されている。
図１６では、加工ビーム１６による後加工において、切断ギャップ１５のワークピース部材側の切断縁１９と残留格子側の切断縁１９’とから酸化物層が除去される。酸化物層は、ピーリングによって良好に除去することができる。加工ビーム１６は、切断ギャップ１５内に進入し、両切断縁１９，１９’が照射されるように集束されている。後加工線１８は、切断線１４と一致していてもよいし、異なっていてもよい。
酸化物層の除去に続いて、または酸化物層の除去に対して代替的に、コーティング（例えば、亜鉛コーティング）を、切断ギャップ１５のワークピース部材側の切断縁１９および／または残留格子側の切断縁１９’に施すことができる。これは図２１に示されており、図２１では、加工ビーム１６に対して例えば同軸にガイドされた第２のプロセスガスビーム２３が、このガス内部で搬送されるコーティング材料２４（例えば、亜鉛）によって示されている。コーティング材料２４は、例えば、両切断縁１９，１９’を好適には完全に照射する第２のプロセスガスビーム２３に添加され、その結果、コーティング材料２４がそこに堆積し、コーティングが形成される（例えば、亜鉛コーティング）。
図１７では、加工ビーム１６による後加工において、ワークピース表面１７に隣接する、ワークピース部材１１のワークピース部材側の切断縁１９が再溶融によって丸み付けされる。後加工線１８は好適には、切断線１４に対して（例えば、等距離で）側方にずらされて配置されており、この場合、後加工線１８と切断線１４との間の最大の間隔が、ワークピース表面１７における加工ビーム１６のビーム円錐の半径に、切断ギャップ１５の切断ギャップ幅の半分を加算したものであると好適である。
図１８では、加工ビーム１６による後加工において、ワークピース下面２０に隣接するワークピース部材側の切断縁１９の丸み付けと、ワークピース表面１７に隣接する残留格子側の切断縁１９’の平滑化とが同時に行われる。後加工線１８は、切断線と同じであってよく、または切断線１４に対して（例えば、等距離で）側方にずらされていてもよい。
図１９では、加工ビーム１６による後加工において、ワークピース表面１７に隣接する、ワークピース部材側の切断縁１９に面取部２１が設けられる。後加工線１８は、切断線１４に対して（例えば、等距離で）側方にずらされている。この場合、面取部２１の生成は例えば、切断ギャップ１５の同じ区分で実施される複数のステップまたは後加工手順によって行われる。第１の後加工手順では、ワークピース部材１１は、ワークピース部材側の切断縁１９を含む領域で照射される。後加工線１８は切断線と同じであってよく、または切断線１４に対して（例えば、等距離で）側方に、（ワークピース部材の方向へ）ずらされていてもよい。これは、場合によっては、１回または複数回繰り返されてよい。１回以上の後続の後加工では、面取部２１をさらにワークピース部材側の切断縁１９から離して生成するために、後加工線１８はさらにワークピース部材１１の方向に、またはワークピース部材１１を越えてずらされる。この場合、ワークピース部材側の切断縁１９は、それ以上一緒に照射されない。最初にワークピース部材１１を、ワークピース部材側の切断縁１９を含まない領域が照射されてから、後加工線１８が切断ギャップ１５の方向に徐々にずらされ、最終的にはワークピース部材側の切断縁１９が共に照射されるように、照射することも考えられる。特に好適には、面取部２１の生成の際に、加工ビーム１６は切断線１４に沿って蛇行状に動かされ、これにより面取部２１の幅を拡大することができる。特に好適には、面取部２１の生成のほか、切断縁の領域でワークピース９から酸化物が除去される。相応の面取部を、対向する側に、すなわち残留格子側の切断縁１９’に形成することもできる。
図２０では、加工ビーム１６による後加工において、ワークピース下面２０に隣接するワークピース部材側の切断縁１９と、ワークピース下面２０に隣接する残留格子側の切断縁１９’とから同時にそれぞれ、バリが除去される。後加工線１８は、切断線１４と一致していてもよいし、異なっていてもよい。加工ビーム１６の集束位置は、両切断縁１９，１９’が相応に照射されるように調節される。
様々な使用例は、個々に、または任意に組み合わせて行われてよく、この場合、このために、後加工区域２２の少なくとも１つの同じ部分もしくは区分に沿って、または後加工区域全体に沿って、または切断ギャップ１５の少なくとも１つの同じ部分もしくは区分に沿って、または切断ギャップ１５全体に沿って、または切断線１４の少なくとも１つの同じ部分もしくは区分に沿って、２回以上の後加工が実施される。
様々な使用例は、ワークピース部材１１の後加工が、ワークピース部材１１がまだ残留格子１０に接続されている領域で（切断線１４の第５の区分１４－５）、ワークピース部材の切り離しが行われる直前に行われる上述した態様でも想定されてよい。このような態様における特に好適な後加工は、例えば、残留格子側の切断縁１９’における面取部の生成である。
図２２～図２５では、ワークピース９の例えば複数回行われる後加工が説明されている。これによると、まずは切断ギャップ１５が生成される（図２２）。次いで、ワークピース部材側の切断縁１９に面取部２１が生成される。この場合、後加工区域２２は、最初の後加工の際に、ワークピース部材側の切断縁１９を含んでいる（図２３）。次いで、面取部２１が拡大され、この場合、後加工区域２２は、ワークピース部材側の切断縁１９をもはや含んでいない（図２４）。さらなる後加工において、先行する後加工において生じた付着物２５、例えば酸化物が、ワークピース部材１１から除去される（図２５）。
図２２～図２５によって基本的に、特に初回ではない後加工において、後加工区域２２が必ずしも切断縁１９，１９’を含んでいないことが明らかである。通常、後加工区域２２は、少なくとも部分的に、先行する後加工区域２２を含んでいる。
図２６～図２８では、例として、ワークピース９の複数回行われる別の後加工が説明されている。これによると、まずは、切断ギャップ１５が生成される（図２６）。次いで、ワークピース９には、切断ギャップ１５の領域で、付着防止剤２６、例えばオイルがコーティングされる。このようなコーティングは、付着防止剤２６をビーム円錐状に、ワークピース９の方向に放出する付着防止剤ノズル２７によって行われる（図２７）。さらに、ワークピース部材側の切断縁１９に面取部２１が生成される（図２８）。付着防止剤２６によって、好適には、付着物２５（例えば、スラグ、溶融物）を回避することができる。このことは図２８に概略的に示されている。
図３０には、本発明による方法のフローチャートが示されている。
この方法は、ワークピースから製作すべきワークピース部材の輪郭の少なくとも一部に相当する切断線に沿って、ワークピースを分離する切断ギャップの少なくとも１つの区分を、加工ビームによって生成するステップ（ステップＩ）を含む。さらに、この方法は、切断線に沿って延在する少なくとも１つの後加工区域の少なくとも１つの区分において、部分的に切り取られたワークピース部材を含むワークピースを、加工ビームによって１回または複数回、後加工するステップを含み、この場合、ワークピースは、後加工区域で、非接合かつ非分離に後加工されるステップ（ステップＩＩ）を含む。
上述したように、本発明は、板状または管状のワークピースのビーム加工のための新規の方法を提供し、これによりワークピース部材は部分的にまたは完全に切り取られ、まだ切り離されていない（すなわち、完全には切り取られていない）ワークピース部材および／または残留格子には、切断線に沿って、場合によっては切断ギャップに沿って、加工ビームによって少なくとも１回の後加工が施される。これにより、切り離されたワークピース部材の機械的な後加工を省くことができ、したがって、ワークピース部材の製造を、より簡単、迅速、かつ安価に行うことができる。特に好適には、部分的に切り取られたワークピース部材と、残っているワークピースとの間の、剛性的で固定された位置によって、部分的に切り取られたワークピース部材の特に正確な後加工を簡単に行うことができるので、高い品質要件を満たすことができる。既存のビーム加工装置における本発明による方法の実施は、このために手間のかかる技術的な措置を行う必要なく、簡単に可能である。むしろ、まだ残留格子に接続されているワークピース部材または残留格子自体の所望の後加工を、機械制御装置に介入するだけで、本発明による方法によって実現することができる。
１ ビーム加工装置
２ ビーム切断装置
３ ビームヘッド
４ 作業テーブル
５ ワークピース載置部
６ クロスメンバ
７ ガイドキャリッジ
８ 加工ビーム源
９ ワークピース
１０ 残留格子
１１ ワークピース部材
１２ 制御装置
１３ ビームノズル
１４ 切断線
１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５ 切断線の区分
１５ 切断ギャップ
１５－１，１５－２，１５－３，１５－４，１５－５ 切断ギャップの区分
１６ 加工ビーム
１７ ワークピース表面
１８ 後加工線
１９，１９’ 切断縁
２０ ワークピース下面
２１ 面取部
２２ 後加工区域
２２－１，２２－２，２２－３，２２－４，２２－４’ 後加工区域の区分
２３ 第２のプロセスガスビーム
２４ コーティング材料
２５ 付着物
２６ 付着防止剤
２７ 付着防止剤ノズル

Claims (14)

  1. 加工ビーム（１６）によって、板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法であって、以下のステップ、すなわち、
    前記ワークピース（９）から製作すべきワークピース部材（１１）の輪郭の少なくとも一部に相当する切断線（１４）に沿って、前記ワークピース（９）を分離する切断ギャップ（１５）の少なくとも１つの区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４，１５－５）を、前記加工ビーム（１６）によって生成するステップと、
    前記切断線（１４）に沿って延在する少なくとも１つの後加工区域（２２）の少なくとも１つの区分（２２－１，２２－２，２２－３，２２－４，２２－４’）において、部分的に切り取られたワークピース部材（１１）を含む前記ワークピース（９）の非接合かつ非分離の１回または複数回の後加工を、前記加工ビーム（１６）によって行うステップと、を含み、
    前記切断ギャップ（１５）の２つの区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４，１５－５）を生成する間に、前記ワークピース（９）を後加工する、
    方法。
  2. 前記切断ギャップ（１５）の１つの区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４）に少なくとも部分的に沿って延在する、前記後加工区域（２２）の１つの区分（２２－１，２２－２，２２－３，２２－４，２２－４’）において、前記ワークピース（９）を後加工する、請求項１記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  3. 少なくとも部分的に前記切断ギャップ（１５）の区分を有していない、特に、前記切断ギャップ（１５）の１つの区分（１５－４）に沿って延在する、前記後加工区域（２２）の区分（２２－４）における後加工の継続的な延長部における、前記後加工区域（２２）の１つの区分（２２－４’）において、前記ワークピース（９）を後加工する、請求項１または２記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  4. 前記切断ギャップ（１５）の前記区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４，１５－５）は、前記切断ギャップ（１５）を連続的に延長する、請求項１から３までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  5. 前記切断ギャップ（１５）の、最後に生成された区分（１５－５）は、前記切断ギャップ（１５）の、それ以前に生成された前記区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４）の各長さよりも短い長さを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  6. 前記切断ギャップ（１５）の前記区分（１５－１，１５－２，１５－３，１５－４，１５－５）の長さは、前記ワークピース部材（１１）の切り離し点を起点として、前記切断ギャップ（１５）を生成する方向に反して減少しない、請求項５記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  7. 少なくとも１つの後加工区域（２２）の少なくとも１つの区分（２２－１，２２－２，２２－３，２２－４，２２－４’）における前記ワークピース（９）の後加工の際に、前記切断ギャップ（１５）のワークピース部材側の切断縁（１９）および／または前記切断ギャップ（１５）の残留格子側の切断縁（１９’）が含まれている、請求項１から６までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  8. 少なくとも１つの後加工区域（２２）の少なくとも１つの区分（２２－１，２２－２，２２－３，２２－４，２２－４’）における前記ワークピース（９）の後加工の前に、付着防止剤（２６）から成る層を、少なくとも前記後加工区域（２２）において、前記ワークピース（９）上に設け、前記付着防止層は、前記後加工の際に生じる、溶融物またはスラグのような物質の付着を阻止するように形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  9. 前記ワークピース（９）の後加工の際に、前記切断線（１４）の少なくとも１つの区分（１４－１，１４－２，１４－３，１４－４，１４－５）に沿って蛇行状の動きで、前記加工ビーム（１６）をガイドする、請求項１から８までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  10. 前記ワークピース（９）の１回または複数回の後加工後に、前記ワークピース部材（１１）を前記加工ビーム（１６）によって切り離す、請求項１から９までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  11. 前記ワークピース（９）の後加工の際に、
    ｉ）前記切断ギャップ（１５）を生成する際に形成される酸化物層を除去する、かつ／または
    ｉｉ）前記切断ギャップ（１５）の領域におけるバリを除去する、かつ／または
    ｉｉｉ）前記切断ギャップ（１５）を画定する一方または両方の切断縁（１９，１９’）を丸み付けする、かつ／または
    ｉｖ）前記切断ギャップ（１５）を画定する一方または両方の切断縁（１９，１９’）の形状を変化させる、特に平滑化するまたは粗面化する、かつ／または
    ｖ）前記切断ギャップ（１５）に沿って面取部（２１）を生成する、かつ／または
    ｖｉ）前記ワークピース（９）を前記切断ギャップ（１５）に沿って熱処理する、特に硬化させる、または軟化焼鈍させる、かつ／または
    ｖｉｉ）前記ワークピース（９）を前記切断ギャップ（１５）に沿ってコーティングする、
    請求項１から１０までのいずれか１項記載の板状または管状のワークピース（９）をビーム加工するための方法。
  12. ビームヘッド（３）によってガイドされる加工ビーム（１６）を含むビーム加工装置（１）であって、板状または管状のワークピース（９）のビーム加工を制御するための電子制御装置（１２）を有しており、前記制御装置は、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を実施するためにプログラム技術的に調整されている、ビーム加工装置（１）。
  13. データ処理に適した、請求項１２記載のビーム加工装置（１）のための電子制御装置用のプログラムコードであって、前記プログラムコードは、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を、前記制御装置（１２）に実行させる制御コマンドを含んでいる、プログラムコード。
  14. データ処理に適した、請求項１３記載のビーム加工装置（１）のための電子制御装置用のプログラムコードが記憶されている、コンピュータプログラム製品であって、前記プログラムコードは、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法を、前記制御装置（１２）に実行させる制御コマンドを含んでいる、コンピュータプログラム製品。
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