束流加工头和用于束流加工的方法技术

提供了一种用于对工件进行束流切割的束流加工头(10；100；200)，其具有：用于能量束源(14；14，201)的接口(12)，能量束源用于产生聚焦的加工能量束(15；206)，能量束源选自粒子束源、燃料流体束源、等离子束源和/或用于电磁辐射的源；用于加工能量束的出口开口(16)，该出口开口由开口边缘(18)界定；光学检测器单元(19)，该光学检测器单元用于对从工件(11)通过出口开口发射到束流加工头(10；100；200)中的并且由加工能量束在工件中诱发的电磁辐射(17)进行记录；和监测单元(30)，其以数据传输的方式连接至光学检测器单元，监测单元用于对所发射的电磁辐射的中心与出口开口之间的位置关系进行监测，其中，监测单元(30)具有：第一确定模块，该第一确定模块用于对出口开口在至少一个图像中的至少一个位置(180；182)进行确定；第二确定模块，该第二确定模块用于对所发射的电磁辐射的中心在至少一个图像中的至少一个位置(170)进行确定；和第三确定模块，该第三确定模块用于对所发射的电磁辐射的中心的至少一个位置(170)与出口开口(16)的至少一个位置(180；182)之间的位置关系进行确定。还公开了用于进行束流切割的束流加工装置和方法。开了用于进行束流切割的束流加工装置和方法。开了用于进行束流切割的束流加工装置和方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】束流加工头和用于束流加工的方法


[0001]本专利技术涉及各自用于对工件进行束流切割的束流加工头、束流加工装置、束流加工头和束流加工装置的用途及方法。

技术介绍

[0002]存在束流加工系统，例如等离子切割系统、激光切割系统和具有粒子束的加工系统，其中，加工能量束用作用于加工工件的能量诱发束(下文也称为能量诱发物)。在工件中诱发能量，比如电磁辐射和/或热反应。通常，希望知道能量诱发束的位置或者将能量诱发束的位置对准在加工装置的出口开口内。在激光切割机器中，加工激光束用作能量诱发物，并且出口开口是切割气体喷嘴的喷嘴开口。在等离子切割系统中，能量诱发物是等离子流，并且出口开口也是气体喷嘴开口。在粒子发射器(离子发射器、电子发射器)中，粒子流用作能量诱发物，并且相关的出口开口是加速电极。在下文中，特别地参考能量诱发束在也称为喷嘴或气体喷嘴的喷嘴形出口开口内的位置对激光切割系统和等离子切割系统进行讨论。这同样适用于具有粒子发射器的加工设备的能量诱发束和出口开口。
[0003]在使用气体的切割系统中，能量诱发物与出口开口(喷嘴)的相对位置是相关的，因为除了能量诱发物之外，材料加工还需要气体射流，并且气体射流由气体喷嘴形成。如果它们相对于彼此不利地对准，材料加工、切割质量和/或切割速度将受损。例如，如果在激光切割系统的情况下，气体射流和能量诱发物布置成彼此同轴，则在使用惰性切割气体(比如N2)时，气体射流可以最佳地使被能量诱发物熔化的材料从切口吹出。应该注意的是，气体射流同时也可以是能量诱发物。在反应性切割气体(比如O2)的情况下，出于氧化的目的，气体最佳地由能量诱发物带到点燃点。此外，两个束流或一个束流(能量诱发物和气体射流)的同轴引导对于方向无关的处理而言也是期望的。如果两个束流很好地叠加，切割系统将在所有切割方向上切割得同样好。还存在需要两个束流(通常是平行的)偏移的一些加工过程。知道并能够调节能量诱发物束和气体射流的偏移是方便的。
[0004]在使用等离子束作为能量诱发物的等离子切割系统中，等离子束的位置或方向可以由出口开口的等离子喷嘴电极的位置和取向来确定。在使用激光束作为能量诱发物的激光切割系统中，激光束的位置或方向由各种光学元件比如光纤出口、偏转镜和透镜来确定。气体喷射的位置或方向基本上由喷嘴的位置和取向来确定。如果激光束与气体射流同轴地对准，则希望将能量诱发物尽可能地居中地导向，即通过出口开口或喷嘴开口的中心。在激光切割系统的领域中，已知各种系统在切割之前或之后检查喷嘴的进入，即激光束在喷嘴中的居中。这可以借助于对接站“离线”地完成，即利用设置在切割系统的加工区域之外的站，比如在EP1967316B1、JP2018015808A或US2018328725A中公开的。此处，观察工作激光束或辅助激光束以确定激光束的中心。在JP2003225787A中描述了另一离线方法，其中，在金属片上打孔以确定工作激光的位置。
[0005]在工件加工过程期间，通常几乎不可能对出口开口/喷嘴和能量诱发物的居中(也称为喷嘴居中)进行连续地检查。因此，在切割过程期间由于例如与直立工件部分的轻微接
触和碰撞而发生的喷嘴的移位不会被注意。因此，可能发生在喷嘴位置失调的情况下执行切割并且产生不好的切割质量。
[0006]在EP2673108B1(或DE102011003717)中描述了一种用于检查喷嘴居中的众所周知的方法。为此目的，使用同轴相机，该同轴相机沿着加工激光束通过喷嘴与工件对准。在切割期间，切口的中心通过相机图像确定，并且切口的中心与喷嘴的中心进行比较，喷嘴的中心也是使用同轴相机来确定。该程序基于下述假设：激光束的中心与切口的中心相重合。如果沿至少两个不同方向(优选地彼此垂直)进行切割，激光束的中心可以在与激光束传播相垂直的平面上确定，并与喷嘴开口的中心进行比较。例如，如果喷嘴开口在直立切割期间触及已经切割的直立工件部分，并且喷嘴因此在切割方向上稍微失调，则不好的切割质量是直接后果。然而，喷嘴的失调可能仅在切割方向改变时被注意。
[0007]此外，EP2894004B1提出了使用同轴相机在加工期间观察从工件反射的激光束以进行激光束定位。然而，在切割操作期间，激光束通常不可见。此外，借助于工件处反射的激光束进行的激光束定位仅在激光束在工件处完全垂直反射的情况下没有误差地操作。这意味着工件必须准确垂直于激光束定向。JP2019171431A公开了一种激光加工装置，该激光加工装置具有：激光振荡器，该激光振荡器使激光振荡；聚光透镜，该聚光透镜是使激光会聚的聚光光学系统；喷嘴，该喷嘴具有开口部分，通过聚光光学系统的激光通过该开口部分朝向工件发射。该激光加工装置还包括：作为拍摄部分的相机，该相机对开口部分和激光在工件中的照射区域进行拍摄；作为光学分支元件的分束器，该分束器使从激光振荡器入射至分束器的第一入射光朝向工件反射，以及使从工件入射至分束器的第二入射光透射通过分束器，以使光入射至拍摄部分；以及作为调节部分的透镜驱动部分，该透镜驱动部分基于通过对开口部分和照射区域进行拍摄而获得的图像数据进行调节，以对开口部分的中心与激光的中心之间的偏差进行校正。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种束流加工头、特别是能量束加工头，以及一种束流切割、特别是能量束切割的方法，其允许对加工能量束和出口孔口相对于彼此的相对位置进行有意义的监测。
[0009]该目的通过下述各者来实现：根据权利要求1的束流加工头、根据权利要求7的束流加工装置、根据权利要求8的用途、根据权利要求9的用于对工件进行束流切割的方法、和根据权利要求15的计算机程序产品以及根据权利要求16的计算机可读介质。
[0010]本专利技术的第一实施方式涉及一种束流加工头，该束流加工头用于对工件进行束流切割、特别地进行能量束切割，该束流加工头具有：用于能量束源的接口，该能量束源用于产生聚焦的加工能量束，该能量束源选自粒子束源、燃料流体束源、等离子束源和/或用于电磁辐射的源；束流加工头具有：用于加工能量束的出口开口，该出口开口由开口边缘界定；光学检测器单元，该光学检测器单元用于对电磁辐射的至少一个图像进行记录，该电磁辐射从所述工件通过所述出口开口发射到所述束流加工头中以及由所述加工能量束在所述工件中诱发；和监测单元，该监测单元以数据传输的方式连接至所述光学检测器单元，该监测单元用于对所述发射的电磁辐射的中心与所述出口开口之间的位置关系进行监测，所述监测单元包括：第一确定模块，该第一确定模块用于对出口开口在至少一个图像中的至
少一个位置进行确定；第二确定模块，该第二确定模块用于对所发射的电磁辐射的中心在至少一个图像中的至少一个位置进行确定；和第三确定模块，该第三确定模块用于对所发射的电磁辐射的中心的至少一个位置与出口开口的至少一个位置之间的位置关系进行确定。
[0011]为了对加工能量束和出口开口相对于彼此的相对位置进行监测，实施方式的束流加工头观察的不是加工能量束，而是也称为工件的处理光或固有照明的下述所发射的电磁辐射的中心：所发射的电磁辐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种束流加工头，所述束流加工头用于对工件进行束流切割，所述束流加工头具有用于能量束源(14；14，201)的接口(12)，所述能量束源(14；14，201)用于产生聚焦的加工能量束(15；206)，所述能量束源(14；14，201)选自粒子束源、燃料流体束源、等离子束源和/或用于电磁辐射的源；所述束流加工头具有：用于所述加工能量束的出口开口(16)，所述出口开口(16)由开口边缘(18)界定；光学检测器单元(19)，所述光学检测器单元(19)用于对从所述工件(11)通过所述出口开口(16)发射到所述束流加工头(10；100；200)中的电磁辐射(17)的至少一个图像进行记录，所述电磁辐射(17)由所述加工能量束在所述工件中诱发；以及监测单元(30)，所述监测单元(30)以数据传输的方式连接至所述光学检测器单元，所述监测单元(30)用于对所发射的所述电磁辐射(17)的中心与所述出口开口(16)之间的位置关系进行监测，其中，所述监测单元(30)具有：第一确定模块，所述第一确定模块用于对所述出口开口(16)在所述至少一个图像中的至少一个位置(180；182)进行确定；第二确定模块，所述第二确定模块用于对所发射的所述电磁辐射(17)的中心在所述至少一个图像中的至少一个位置(170)进行确定；以及第三确定模块，所述第三确定模块用于对所发射的所述电磁辐射(17)的中心的至少一个位置(170)与所述出口开口(16)的至少一个位置(180；182)之间的所述位置关系进行确定。2.根据权利要求1所述的束流加工头，其中，所述监测单元(30)具有控制模块，所述控制模块用于输出选自下述各者的至少一个元素：指示经确定的位置关系的信号，特别地输出至显示单元；指示经确定的位置关系从预定的位置关系偏离的信号；以及控制指令、特别地输出至控制单元，所述控制指令选自继续加工的指令和停止加工的指令；以及至少一个定位指令，特别地输出至定位单元(20；203，205)，所述至少一个定位指令用于将所发射的所述电磁辐射(17)的中心的至少一个位置(170)与所述出口开口(16)的至少一个位置(180，182)之间的所述位置关系设定为预定的位置关系。3.根据前述权利要求中的任一项所述的束流加工头，其中，所述第一确定模块配置成对所述出口开口(16)在至少两个方向上的至少一个位置(180，182)进行确定；并且/或者其中，所述第一确定模块配置成确定选自下述各者的至少一个元素：界定所述出口开口(16)的所述开口边缘(18)的至少一个位置(180)和所述出口开口(16)的中心的位置(182)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的束流加工头，其中，所述第二确定模块配置成对所发射的所述电磁辐射(17)的中心在至少两个方向
上的至少一个位置(170)进行确定；并且/或者其中，所述第二确定模块配置成将选自下述各者的至少一个元素确定为所发射的所述电磁辐射(17)的中心的位置(170)：所发射的辐射(17)的空间中心的位置和所发射的所述辐射(17)的最高能量密度的中心的位置。5.根据前述权利要求中的任一项所述的束流加工头，具有：设置在所述接口(12)处的能量束源(14)，所述能量束源(14)用于产生聚焦的加工能量束；以及/或者定位单元(20；21；22；203，205)，所述定位单元(20；21；22；203，205)特别地以数据传输的方式连接至所述监测单元(30)，所述定位单元(20；21；22；203，205)用于对所发射的所述电磁辐射(17)的中心的至少一个位置(170)与所述出口开口(16)的至少一个位置(180；182)之间的所述位置关系进行连续或不连续地调节，特别地调节至预定的位置关系；以及/或者照明单元(102)，所述照明单元(102)用于通过所述出口开口(16)或用于这种照明单元的接口对所述工件进行连续的、不连续的、间歇的和/或频闪的照明。6.根据前述权利要求中的任一项所述的束流加工头，其中，所述出口开口(16)和所述光学检测器单元(30)同轴地布置，特别地相对于所述加工能量束通过所述出口开口(16)的传播方向同轴地布置；并且/或者，其中，所述光学检测器单元(19)配置成对所发射的电磁辐射(17)的至少一部分的至少一个图像进行记录，所发射的所述电磁辐射(17)从所述工件同轴地通过所述出口开口(16)进入所述束流加工头(10；100；200)中，特别地相对于所述加工能量束通过所述出口开口(16)的所述传播方向同轴；并且/或者其中，所述出口开口(16)构造为圆形并且/或者具有的直径为0.025mm至10mm、优选地为0.6mm至8mm、更优选地为0.8mm至6mm；并且/或者其中，所述第三确定模块和/或所述控制模块配置成用于对所述至少一个图像的至少一个视角和/或所述出口开口(16)的至少一个位置(180；182)的不同视角和所发射的所述电磁辐射(17)的中心的至少一个位置(170)的不同视角进行校正。7.一种束流加工装置，所述束流加工装置用于对工件进行束流切割，特别地用于进行激光加工或等离子束加工，所述束流加工装置具有根据前述权利要求中的任一项所述的束流加工头(10；100；200)。8.一种根据权利要求1至6中的任一项所述的束流加工头(10；100；200)或根据权利要求7所述的束流加工装置的用于对工件进行束流切割、特别地用于对工件进行激光加工或等离子束加工的用途。9.一种用于对工件进行束流切割的方法，所述方法特别地用于进行激光束加工或等离子束加工，所述方法使用根据权利要求1至6中的任一项所述的束流加工头(10；...

【专利技术属性】
技术研发人员：克里斯托夫，
申请(专利权)人：百超激光有限公司，
类型：发明
国别省市：