[发明专利]用于监视切割过程的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视、尤其用于调节工件上的切割过程的装置，包括：用于将高能射线、尤其激光射线聚焦到工件上的聚焦元件；用于感测工件上的待监视区域的图像感测机构，所述待监视区域包括所述高能射线与所述工件的相互作用区域；以及分析机构，所述分析机构被构造或编程用于根据被感测的相互作用区域获知切割过程的至少一个标志性特征参量，尤其是在切割过程中形成的切缝的至少一个标志性特征参量。本发明也涉及一种用于监视、尤其用于调节工件上的切割过程的方法，包括：将高能射线、尤其激光射线聚焦在工件上，优选借助基本上与所述高能射线的射线轴线同轴线地延伸的观察光路感测所述工件的待监视区域，所述待监视区域包括所述高能射线与所述工件的相互作用区域，以及根据所感测的相互作用区域获知切割过程的、尤其是切割过程中形成的切缝的至少一个标志性特征参量。工件的待监视区域的感测优选借助基本上与所述高能射线的射线轴线同轴线地延伸的观察光路进行。

背景技术

用于监视激光切割过程的装置被申请人的WO 2012/107331 A1公开，该装置可用来感测激光切割过程的、例如即将到来的切口裂缝的标志性特征参量。在那里，即在切割缝隙低于预给定的缝隙宽度时识别到将发生的切口裂缝。替换地或附加地，将被观察的切割前方的面与参考面比较，该参考面相应于良好切口或者说合格切割时的切割前方的面。如果由参考面发出的辐射强度超过在正常切割时的额定亮度极限值，则可探测到切口裂缝。

在WO 2013/053832 A1中描述了一种在激光切割过程中测量反向散射光用于检验切割质量的装置。当切口实际上延伸穿过工件时，反向散射光的被测强度较小。为了优化残渣的运走，借助控制机构这样适配在切割过程中使用的气体脉冲的频率或压力，使得反向散射光的被测强度得到最小值。

切口裂缝的通常原因是向工件中的输入能量不足。太小的延伸能量导致切割前方变扁，即导致切割前方角度增大，由此，切割下棱边上的溶化物不再能被完全驱走并且在切缝中凝固。切割下棱边的闭合导致过程不规则性，所述过程不规则性通常持续阻止分离切割。因此，代表切割缝隙标志性特征参量的切割前方角度是即将出现的切口裂缝的指标。

切割前方或者说切割前方角度原则上可通过与高能射线同轴线地垂直观察从相互作用区域发出的温度辐射而能够测量。在工件厚度已知时，可根据切缝中的射出区域长度推断出切割前方角度。在此，问题在于，在工件下方滴出熔化丝导致射出区域的延长，使得通过这种方式不能可靠地进行切割前方角度的测量。

在WO 2012/107331 A1中建议，探测作为工件材料边界的切割前方上棱边和切割前方下棱边并且由此在考虑工件厚度的情况下求得激光切割过程的切割前方角度。为了这个目的，沿着切割缝隙或者说切缝的缝隙中心典型地在可见波长范围内测量切割前方上棱边和切割前方下棱边之间的间距。如果切割前方角度偏离额定值或额定范围，则这可能意味着切割误差或非最佳工作点，该切割误差或非最佳工作点可通过恰当的措施来修正，例如通过适配切割速度。

在穿过切割喷嘴进行同轴的过程观察时，不论在观察温度辐射、反向散射的高能辐射时还是在观察材料边界时，都存在观察范围受到切割喷嘴的通常呈圆形的内轮廓的限制的问题。尤其是在火焰切割过程时使用小的喷嘴直径，使得切割前方下棱边即使在良好切口时也处于由喷嘴口限界的观察区域之外并且切割前方角度不能被可靠地确定。

在DE 10 2011 016 519 A1中描述了用于控制借助高能加工射线加工工件的方法和装置，在该方法中，加工射线穿过透镜，透镜为了使加工射线到所述工件上的照射位置移动而可垂直于它的光轴运动。在一个实施例中，设置用于产生可电子分析的图像的监视相机，该监视相机的成像光路通过透镜被聚焦到照射位置上。

由WO 2012/107331 A1也公开了借助相互作用区域的图像推断出切割缝隙上的毛刺形成的存在或误差。例如在熔化切割过程中可借助切割缝隙区域中的热图像强度的反复波动的误差和/或在出现三个从切割前方出发的光带时推测出毛刺形成的存在。在结构钢火焰切割过程中(使用氧气作为切割气体)，在热图像中或在可见波长范围中可在切缝的切割棱边上探测到周期性反复的沟纹或沟道并且可借助沟道的频率推断出即将出现的材料烧毁。