[发明专利]用于确定和调节加工射束的焦点位置的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于在借助加工射束对工件(4)进行切割加工时确定加工射束——尤其激光射束——的相对于工件(4)的焦点位置的方法，该方法包括：拍摄工件(4)的待监测的区域(24)的至少一个空间分辨的图像(23)，所述待监测的区域包括在切割加工时在工件(4)的上侧上形成的切割缝隙(20)的切割边缘(22a，b)，根据至少一个空间分辨的图像(23)中的切割边缘(22a，b)求取工件(4)的上侧上的切割缝隙(20)的缝隙宽度(B_O)，以及根据所求取的缝隙宽度(B_O)确定加工射束(2)的相对于工件(4)的焦点位置。本发明也涉及一种所属的设备。

技术领域

本发明涉及一种用于在借助加工射束对工件进行切割加工时确定加工射束(尤其激光射束)的相对于工件的焦点位置的方法，本发明还涉及一种用于在借助加工射束对工件进行切割加工时调节加工射束(尤其激光射束)的相对于工件的焦点位置的方法。本发明还涉及一种用于借助加工射束(尤其借助激光射束)对工件进行切割加工的所属设备。

背景技术

对于稳健的切割过程来说，(聚焦的)加工射束(例如激光射束)的在射束传播方向(即射束轴线方向)上的焦点方位或焦点位置是必要的过程参数。在焦点位置处存在束腰——即(聚焦的)加工射束的垂直于射束轴线的最小延伸或最小直径。在本申请中，加工射束通常垂直于例如板状工件地(在Z方向上)入射，即该加工射束的射束轴线垂直于工件的(在XY平面内的)表面取向。焦点位置受到干扰参量的影响并且难以直接测量。因此，通常通过调节影响参数(例如焦点方位和切割距离)来使焦点位置保持恒定。

由DE 10 2014 000 330 B3已知一种用于在激光切割时监测和调节加工激光射束的焦点方位的方法。在该方法中，在激光加工期间，借助至少一个成像摄像机在一个或多个图像中空间分辨地检测由激光加工引起的过程排放(Prozessemission)以及在工件中前进的切割前部。于是，在一个或多个图像中，分别由过程排放的当前延伸以及最大过程排放位置相对于切割前部顶点的当前距离来确定加工激光射束的相对于工件表面的当前焦点方位。

在EP 1 750 891 B1中描述一种用于确定激光设备的激光射束的适用于工件加工过程的焦点方位的方法，在该方法中，调节至少两个不同的焦点方位。在该方法中，对于激光射束的不同焦点方位确定：是否和/或在什么情况下，激光射束的至少边缘区域与工件接触。

发明内容

本发明的任务是提供一种方法和一种设备，所述方法和所述设备能够实现在工件的切割加工期间确定以及必要时调节加工射束的焦点位置。

根据本发明，该任务通过一开始提到的类型的方法来解决，所述方法包括以下步骤：拍摄工件的待监测的区域的至少一个空间分辨的图像，所述待监测的区域包括在切割加工时在工件上侧上形成的切割缝隙的切割边缘；根据至少一个空间分辨的图像中的切割边缘求取工件上侧上的切割缝隙的缝隙宽度；以及根据所求取的缝隙宽度来确定加工射束的相对于工件的焦点位置。

尤其(但不一定唯独)在熔融切割过程中，工件上侧上的切割缝隙宽度基本上由加工射束(例如等离子射束或激光射束)的宽度、即由射束焦散面和束腰的位置(Z方向上的焦点位置)确定或影响。在已知加工射束的射束焦散面的情况下，即在期望状态中已知垂直于射束轴线的聚焦的加工射束的直径变化的情况下，所述期望状态指能够实现良好切割结果的(标称)的焦点位置，可以通过求取工件上侧上的切割缝隙的宽度来推断出Z方向上的焦点位置或束腰位置。在此，可以利用如下事实：在切割加工时进给速度相对较小的情况下，切割缝隙在厚度方向上的走向实际上相应于加工射束的射束焦散面。在进给速度较大的情况下，这可能导致切割缝隙在厚度方向上的走向与加工射束的射束焦散面之间的小偏差，其中，工件上侧上的切割缝隙的缝隙宽度通常略微减小，并且工件下侧上的切割缝隙的缝隙宽度略微增加。虽然这种效应相对较小，但是可以在确定焦点位置时考虑这种效应，其方式是：根据进给速度(仅在进给速度大的情况下)执行焦点位置的校正。