[发明专利]用于调节激光切割过程的方法和激光切割机

说明书

本发明涉及一种用于调节激光切割过程的方法以及一种用于激光切割工件、尤其是板材的激光切割机。

在激光射束切割过程中，除了其他的切割参数之外，激光射束的聚焦位置对工件的加工质量具有大的影响。迄今为止，通常以离线方式求取激光射束的聚焦位置的位置，尤其是待加工的工件上的射束腰(Strahltaille)的位置。出于这个目的，可以在真正的激光切割任务之前例如在测试工件中切割出线。在此，聚焦位置以离散的步伐变化，从而产生具有不同的切割缝隙宽度的齿。随后，或者以人工方式通过机器操作者或者借助于光学传感器求取最小的切割缝隙宽度。最小切割缝隙宽度在该处形成：在那里，聚焦位置处于工件上侧上面或者在必要时处于工件中心处。

从EP1750891B1中已知一种用于聚焦位置调节的方法，其中，以离线方式针对激光射束的不同聚焦位置来确定，激光射束的边缘区域是否与工件产生接触。为此，首先在工件中切割一切割缝隙，其中，在必要时调协聚焦位置。然后，改变聚焦调节并且使射束重新转向到切割缝隙中(在相同的部位上)，其中，也可以调协聚焦位置。为了探测激光射束在此是否与工件产生接触，可以探测由工件或者由等离子体发射的射束或者过程光。

从DE102009059245B4已知，在进行激光加工时通过探测在工件上围绕加工点周围反射和/或散射的激光射束以及依据射束来确定聚焦位置，所述射束由至少两个调校光源发射并且在待加工的工件上被反射回。此外，在DE102009059245B4中参考DE10248458B4，该文献公开一种方法，其中，这样移动被布置在加工头中的聚焦光学器件，使得来自激光射束和工件之间的交互作用区域中的射束的份额为最大值。如果激光射束相对工件的聚焦位置对于加工来说优化，则达到该最大值。

本发明的任务在于，提供一种用于调节激光切割过程的方法和一种激光切割机，其中，可以在激光切割过程期间优化切割质量。

根据第一方面，该任务通过一种方法解决，该方法包括以下步骤：借助于聚焦的激光射束在在工件上构成切割缝隙的情况下激光切割工件，探测在所述激光切割时由所述工件的表面在所述切割缝隙的附近反射回的激光射束的功率，以及将所探测的激光功率调节到额定值，在该额定值情况下，激光功率采用最小的值或者与所述最小的值具有预先给定的差。

在激光切割过程期间，一定份额的激光射束总是由工件的上侧被反射回到激光射束的光路中，因为激光射束在工件上侧上的几何扩展通常比所产生的切割缝隙宽度大。发明者已知，在(尤其是同轴心地)探测由工件上侧在切割缝隙附近、即在激光射束的侧边的区域中反射的激光射束时，刚好当激光射束以最小的切割缝隙宽度切割工件时，测量到激光功率的最小值。激光射束越是以散焦的方式照射工件上侧，则越多的激光射束在激光射束的边缘区域中由工件上侧被反射回到探测器，即所测量到的射束功率越大。

所探测的激光功率可以被调节到额定值，在该额定值情况下切割缝隙宽度最小。典型的与之意义相同的是，聚焦位置(在射束传播方向上)处于工件的上侧上。但是，根据使用情况而定，在必要时也可以散焦地切割，以得到优化的切割结果，即，可以有利的是，激光功率的额定值与最小的值不一致，从而激光射束的聚焦位置不处于工件上侧上。例如，在对厚的工件燃烧切割或者熔割时是这种情况。

在该方法的一种变型中，在之前的步骤中确定所探测的激光功率和激光射束的聚焦位置所述工件的上侧的间距之间的关系，并且，依据该关系这样确定所述额定值，使得激光射束的聚焦位置相对于工件的所述上侧具有所期望的间距。在该变型中，依据例如可以在测试工件上进行的测试测量来确定所测量的激光功率和激光切割射束的聚焦位置之间的关系(特性曲线)。出于该目的，例如可以改变用于聚焦激光射束的聚焦透镜光学器件和工件之间的间距和/或在必要时存在的聚焦镜的曲率半径，并且感测所探测的射束功率的与所述间距改变对应的改变，以得到期望的特性曲线。

在该变型的一种改进中，针对在所述工件上构成切割缝隙时激光射束和工件之间的、不同的进给速度来确定所述关系。通常，在工件上反射回的激光功率的强度与激光切割时的进给速度有关。该进给相关性可以在校准激光切割机时被确定并且在过程调节中被考虑到。出于该目的，例如可以在测试工件上测量多个特性曲线，所述特性曲线在分别不同的进给速度下描绘反射回的激光功率和激光射束的聚焦位置之间的关系。