[发明专利]用于以可变的切割速度以激光束切割工件的激光切割设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于以可变的切割速度沿着切割线以激光束切割工件的激光切割设备。

背景技术

以激光切割工件时通常将激光聚焦到工件表面上，并且在此以如下方式局部地加热工件，即，熔化激光束焦点附近的工件，直至形成贯穿的洞。如果聚焦的激光束额外地相对于工件运动，则可相应地沿着激光束运动时在工件上抹过的整个轨迹切开(切割)工件。在此，基本上平行于激光束传播方向并且沿着激光束在切割时抹过的轨迹或多或少地形成光滑的切割面。以下，应将在切割时以激光束去除的工件区域称作“切割轨迹”。

众所周知，过程气体会对各个切割过程产生影响。出于此目的，通常从指向到激光束的焦点范围上的喷嘴中，以压力将一种或多种过程气体喷流到通过激光束的作用而熔化的材料上。这可对切割的效果和所产生的切割面的各自的质量具有影响(例如，考虑到其商业的激光切割设备，通常应灵活地以如下方式设计，即，该激光切割设备能依赖于用户各自的需求完成各式各样的任务；该激光切割设备可以例如切割不同厚度并且由不同材料构成的工件，并且该激光切割设备应该适用于产生带有任意形状(例如，直线轮廓、呈圈形的轮廓，带有一个或多个角的轮廓)和不同尺寸(小轮廓，大轮廓)的轮廓，并且该激光切割设备优选地具有高质量(切割面应该尽可能地平整和均匀)和高切割速度(每单位时间在激光束运动方向上的进给量应该尽可能大)。

为能实现这些任务，激光切割设备通常拥有能运动的工作头部，用于将激光束置于各个工件上，该加工头部包括可调整的聚焦光学器件和用于以过程气体冲击各个工件的装置。另外，通常存在用于规定各“切割线”的用户界面，也就是说，用户能够通过该用户界面定义工件在切割过程期间应理想地获得的轮廓的几何形状。另外，该激光切割设备通常拥有调控装置，用于调控加工头部沿着各个规定出的切割线相对于各个工件进行运动，并且用于调控切割过程的多个过程量。

通过调控加工头部的运动实现的是，在切割过程期间能沿着切割线产生激光束的切割轨迹。激光切割机通常拥有用于加工头部的数字轨迹调控装置。为了执行轨迹调控，通常激光束的“最小轨迹精确度”的数据是足够的，也就是说，激光束的切割轨迹与各规定的切割线之间可允许的最大偏移的数据是足够的。在这些数据的基础上，该调控装置可以调控加工头部每次的位置和每次的进给量或速度。

特别的挑战在于调控切割过程的过程量，也就是说，调控所有除调控加工头部的运动(轨迹调控)之外对切割过程的结果产生影响的参数。这就表明，并不存在用于任意应用方式的(独立于待切割轮廓的形状和大小且独立于各个工件的厚度和材料的)最理想的过程参数数据组。

例如可行的是，提供一种过程参数的数据组(例如，激光功率、聚焦光学器件的调设和供应过程气体的参数)，在该数据组的基础上能够以高速度(也就是说，以大的每单位时间进给量)切割出长形的、直线形的或近似于直线形的轮廓，尤其是在薄板带有小于2mm的厚度的情况下。“直线形的或近似于直线形的轮廓”应意味着：所属的切割线不具有换向(也就是说，切割线的相邻的区段处在一条直线上)或只有“小的”换向(也就是说，切割线的相邻的区段虽然不处在一条直线上，但这些区段的方向彼此之间仅以小于1°的“小的”角度而彼此偏移)。当预定的切割线要求加工头部进行“大的”换向时(例如在转过带有90°或更大角的转角的运动的情况中)，在换向期间，在加工头部速度过大时，加工头部的轨迹调控会导致加工头部与预定的切割线之间出现大的偏移。在此情况下所产生的切割边的轮廓大多数情况下不满足精确度的要求。但如果以降低的速度实行该“大的”换向，该速度基于轨迹调控在换向的区域中与切割线之间只引起较小的(必要时最小的)偏移，但仍保持同样的过程参数数据组(在该过程参数数据组的基础上能以高速度切割长形的、直线形的或近似于直线形的轮廓的过程参数数据)的话，通常在换向的区域中会得到有缺陷的带有无法接受的粗糙度的有缺陷的切割边。

JP 07 195186公开了一种激光切割设备，在该激光切割设备中，当速度在转角点P5的方向上减小时，如激光功率、频率、运行模式、过程气体种类、气体压力等的机器配置保持恒定。在转角加工期间，当在转角点P5上在预定的停留时间T3中速度为零时，将对调设进行改变。如果速度再次提高，则再次复位到速度降低之前所处的调设中。