CN112839765B - 用于求取加工过程的特征参量的方法和加工机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法用于求取过程品质的至少一个特征参量 在加工过程，尤其是激光切割过程中，所述方法包括：尤其是切割加工工件(8)在加工工具，尤其是激光加工头，和工件(8)相对彼此的运动下，监控工件(8)上的区域(26)，所述区域优选包括加工工具，尤其是激光加工头，与工件(8)的相互作用区域，以及根据所监控的区域(26)求取过程品质的至少一个特征参量方法的特征在于求取过程品质的至少一个与位置相关的特征参量根据至少一个特征参量(α)的多个测量值在同一加工位置(BX,Y)和/或过程品质的至少一个与方向相关的特征参量根据至少一个特征参量(α)的多个测量值在同一加工方向尤其是在同一加工位置(BX,Y)处沿同一加工方向本发明也涉及一种对应的加工机(1)。

Description

用于求取加工过程的特征参量的方法和加工机
技术领域
本发明涉及一种用于求取在加工过程、尤其是激光切割过程中的过程品质的至少一个特征参量的方法，所述方法包括：在加工工具、尤其是激光加工头和工件相对彼此的运动下加工、尤其是切割加工工件；监控工件上的区域，所述区域优选包括加工工具与工件的相互作用区域；以及，根据所监控的区域求取过程品质的至少一个特征参量。本发明也涉及一种加工机，包括：加工工具，其用于加工、尤其是切割加工工件；运动装置，其用于使加工工具和工件相对彼此运动；监控装置，其用于监控工件上的区域，所述区域优选包括加工工具与工件的相互作用区域；以及，评价装置，所述评价装置配置用于根据所监控的区域求取过程品质的至少一个特征参量。
背景技术
这种方法和相应的设备例如由WO2012107331A1已知。在那里尤其描述了，可求取激光切割过程的切割前沿角度作为过程品质的特征参量。
也由WO2015036140A1已知一种方法和设备，其中，根据所检测的相互作用区域求取在激光切割过程中形成的切缝的切割前沿角度作为切割过程的起表征作用的特征参量。切割前沿角度尤其是在燃烧切割的情况下形成过程品质或者说过程稳健性的特征参量。
在WO2018069291A1中描述了一种方法和设备，其中，根据工件的要监控的区域的至少一个图像求取用于切缝的缝宽沿工件的厚度方向的走向、尤其是用于切缝的两个切割侧翼之间的角度的至少一个测量参量。切缝的两个切割侧翼之间的(张开)角度尤其是在熔化切割的情况下构成过程品质或者说过程稳健性的特征参量。
在DE102005022095A1中描述了一种用于确定在加工工件时在加工头和工件之间的侧方(lateral)相对运动的方法和设备。在所述方法中，以光学辐射照射工件的在加工头的区域中的表面并且将由工件的表面反射的光学辐射重复地以光学探测器来地点分辨地检测，以获得工件的表面在不同时间的光学反射图样。通过在时间上彼此相继的反射图样的比较来求取所述侧方相对运动。
由EP3159093A1描述了一种用于控制在高功率范围中的具有切割过程中断的激光切割过程的方法以及一种相应的方法。在所述方法中，扫描在第一部分加工过程中切割的加工路径的至少一个子路径并且基于扫描结果确定加工过程的至少一个品质特征并且将其与预先限定的品质规定值比较。对于切割过程可附加地至少在时间上执行在线过程监控方法，其中，根据比较的结果对在线监控参数组的至少一个监控参数进行适配。
在DE102011079083A1中描述了一种用于加工工件的方法，其中，至少局部地检测要加工的工件的表面形貌并且根据事先检测的表面形貌确定加工头与工件的最小额定间距。
由EP1497851已知，为了激光切割基质，借助功率测量器与位置相关地测量在聚焦平面中的激光能量密度并且使用所测量的值以通过调节脉冲能量和/或脉冲重复率来引起在对基质的视线区中在所扫描的点处的恒定的激光能量密度。激光由机器特定的“激光切割策略数据”控制。
发明内容
本发明的任务在于提供一种方法和一种加工机，其中，求取加工过程的至少一个特征参量，以识别在为加工所用的加工机上的干扰。
根据本发明，该任务通过开头提到的类型的方法解决，其特征在于以下步骤：根据在同一加工位置处所述至少一个特征参量的多个测量值求取过程品质的至少一个与位置相关的特征参量和/或根据在同一加工方向上、尤其是在同一加工位置处在同一加工方向上所述至少一个特征参量的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量。在本申请的意义上，过程品质也理解为过程稳健性，即两个概念是同义地使用。过程品质的特征参量在本申请的意义上也理解为影响过程品质的特征参量。
尤其是面式加工的加工机、例如2D激光切割机可具有与方向和/或与位置相关的、影响过程结果或者说过程品质的干扰。这种干扰通常仅与加工位置和/或加工方向相关，但基本上与要切割的轮廓的几何形状、加工过程的种类(例如燃烧切割或熔化切割)和加工参数无关。在本申请的意义上，干扰也理解为与参考状态有偏差。
例如，与位置相关的干扰会在布置在工作室中的(承放)条上出现，而与方向相关的干扰会源于激光射束的偏振不均匀性和/或焦散不均匀性、源于在加工时由喷嘴射出的气流的或者说该气流的气压的不均匀性(例如基于喷嘴的损坏或基于加工头的将气体供应给喷嘴的不完全对称的结构)、源于材料各向异性等。借助上述方法可能的是，识别或者说定位这种与方向和/或位置相关的干扰。为了该目的而需要的是，通过特征参量的足够数量的测量值将同样出现的由与位置或方向无关的干扰引起的偏差消除，使得形成(基本上仅仅)与位置以及与方向相关的特征参量。特征参量的测量值的为所述消除所需的数量取决于与方向和/或位置相关的干扰有多显著。测量值的数量可从(在极端情况下)三个测量值至数百测量值(当干扰的位置相关性和/或方向相关性较小时)。例如在由激光射束的轻微不均匀的射束焦散引起的与方向相关的干扰的情况下需要大量的测量值，而在驶过承放条时被检测的激光切割传感机构的光学信号的情况下仅需要的少量的特征参量的测量值来消除与位置无关的干扰的影响。
在本申请的意义上，与方向相关的特征参量理解为一特征参量，所述特征参量与加工方向相关并且例如通过(在0°至360°之间的)角度来参数化。所述至少一个与方向相关的特征参量必要时可与对应的加工位置无关地求取，即其并不按加工位置来区分，而是对求取与方向相关的特征参量而使用在整个加工区中的加工位置的测量值。但一般情况下，在一个对应的加工位置处求取与方向相关的特征参量，即被考虑用于求取与方向相关的特征参量的测量值全部在同一加工位置处测量。
在一个变型中，为了求取过程品质的与位置相关的特征参量和/或与方向相关的特征参量而对所述多个测量值进行统计分析。在最简单的情况下，与位置以及与方向相关的特征参量可形成在对应的加工位置处或者说在对应的加工方向上求取的测量值的平均值。但显然，平均值并非在所有情况下都是适用于由所述多个测量值求取与位置或者说与方向相关的特征参量的措施，因而为了消除与方向或者说与位置无关的干扰可执行其他的统计措施、例如中位数或更复杂的统计评价。
在另一变型中，在加工过程期间例如借助传感器或者说监控装置连续地检测特征参量并且将特征参量的当前求取的测量值配属给对应的加工位置和/或对应的加工方向。为了在加工期间监控过程品质，通常连续监控过程品质的至少一个特征参量，例如以能即时介入加工过程。特征参量在加工过程期间的求取沿着预给定的轨迹曲线进行，所述轨迹曲线在激光切割过程中相应于切割轮廓并且对于机器控制器是已知的。在一确定的时刻求取的特征参量因而可被配属给加工位置和(当前的)加工方向。必要时，当前的加工方向以及必要时加工位置同样可通过传感器或者监控装置检测，就像在开头引述的DE102005022095A1中例如针对加工方向或者说加工工具和工件之间的侧方相对运动所述的那样。显然，加工位置或者说加工方向通常以预给定的离散度、即以预给定的网格尺度配属给连续检测的特征参量。
在另一变型中，根据与位置相关的特征参量求取以下加工位置，其在加工中形成至少一个干扰位置区域，和/或，根据与方向相关的特征参量确定以下加工方向，其在加工中形成至少一个干扰角度区域。通过在同一加工位置处以及在同一加工方向上的高频次的测量，可辨识优选位置和优选角度或者说干扰位置和干扰角度。干扰位置或者说干扰角度的辨识同样可根据与位置相关或者与方向相关的特征参量借助统计方法进行。在最简单的情况下，干扰位置区域、干扰角度区域根据与位置相关、与方向相关的特征参量与阈值的比较来求取；特征参量超过或低于阈值的加工位置、加工方向被辨识为干扰位置区域、干扰角度区域。
例如可在激光加工机的情况下求取优选角度区域或者干扰角度区域，其例如源于加工射束(偏振，焦散不均匀性，相遇角度等)、为加工工具和/或工件的运动所用的运动装置或者说驱动器(横向振动和/或纵向振动)或例如工件的材料(各向异性，辊压方向)。
相应地可确定干扰位置区域，其与加工位置或者说与在工作室中的位置相关并且其例如可源于激光射束引导部(尤其是在CO2激光器的情况下)、例如呈激光加工头形式的加工工具的机械悬置(例如在悬臂支撑情况下的不利的力矩、齿轮缝隙、机械公差等)、工件(板材)的机械支承，例如托板振动、差的或者说过少的承放条、条的承放点(在承放点超量的情况下的错误摆放，生渣的条对过程的影响)或工件特性或者说板材特性(边缘区域中的薄化，脏污的区域)。
在一变型中，根据所求取的与位置相关的特征参量、尤其是干扰位置区域和/或根据与方向相关的特征参量、尤其是干扰角度区域确定在加工工具和工件相对彼此的运动中的加工位置和/或加工方向。关于区域和/或方向具有特别好或特别差的过程特性的认知可用于在加工中避免干扰位置区域或干扰角度区域，这例如可通过合适的套料或者说要由工件切出的工件部分的切割轮廓的合适的布置、即通过加工过程的合适的过程规划来实现。显然，也可运行目的明确的故障诊断，即可目的明确地检查在对应的干扰位置区域或者说在对应的干扰角度区域方面的干扰的原因。故障诊断以及工作规划的优化(即避免关键的干扰位置区域或者说干扰角度区域)可不用操作者做什么地自动化进行。
在另一变型中，在同一加工机上在多个加工过程中求取所述至少一个特征参量的所述多个测量值，和/或，在结构相同的多个加工机上求取与位置相关的特征参量和/或与方向相关的特征参量。在前一情况下，在一个具体的加工机上求取与位置或者说方向相关的特征参量，以辨识故障，在第二中情况下在结构相同的多个加工机上求取与位置或者说与方向相关的特征参量。通过比较已在结构相同的多个加工机上求取的在与偏振或者说与方向相关的特征参量，可消除个体化的加工机的影响并且可识别一个对应种类的加工机的机器结构的在***方面的弱点。
在扩展方案中，在同一加工机上在多个加工过程中求取所述至少一个特征参量的所述多个测量值，并且，在求取与位置相关的特征参量和/或与方向相关的特征参量时考虑所述测量值在时间上的改变。所述至少一个特征参量的在同一加工机上在前后相继的加工过程上求取的测量值可发生在时间上的改变。求取测量值的特征参量例如涉及在激光射束的射束方向上的焦点方位，该焦点方位例如会由于加工光具的脏污而在时间上改变，因为所述脏污可导致所谓的热透镜，该热透镜导致焦点方位的改变。对于确定到测量值的在统计学上显著的在时间上的改变的情况下，可在求取特征参量时考虑所述改变。
一般性地可能的是，以下述方式考虑测量值的在时间上的改变：使较旧的测量值在特征参量的求取中的权重小于在没有经过那么长时间的加工过程中求取的测量值。必要时也可在求取特征参量时不再考虑在已过去了很长时间的加工过程中求取的测量值。尤其是可将这样的测量值必要时摒弃或者说删除。
在另一变型中，所述方法包括将所求取的与位置相关的特征参量和/或干扰位置区域和/或所求取的与方向相关的特征参量和/或干扰方向区域存储在数据存储器中。在数据存储器中、例如在机器控制器中、在中央计算机上或在云中收集关于干扰位置区域或者说干扰位置方向的数据。尤其是可在数据存储器中汇聚在不同地点处运行的多个加工机的与位置相关的或者说与角度相关的特征参量或者说干扰位置区域或者说角度区域。
在一变型中，由一个组选出特征参量，所述组包括：切缝的切割前沿的切割前沿角度和切缝的两个切割侧翼之间的张开角度。切割前沿角度尤其是在燃烧切割的情况下形成过程品质的特征参量并且可例如以在开头引述的WO2012107331A1中或在开头引述的WO2015036140A1中所述的方式求取。切割缝隙的切缝宽度沿工件的厚度方向的减小——其例如可通过切缝的切割侧翼之间的张开角度或者说通过指示该张开角度的测量参量求取(参见开头引述的WO2018069291A1)——在熔化切割的情况下构成过程品质或者说过程稳健性的特征参量。
在另一变型中，由一个组选出特征参量，所述组包括：在加工工具和工件相对彼此的运动中的定位精度和方向精度。定位精度以及方向精度影响过程品质并且基于加工工具的悬置以及工件的支承而取决于加工位置和加工方向。在加工中的方向精度例如可借助于开头引述的DE102005022095A1中描述的方法求取，所述方法描述了加工工具和工件之间的侧方相对运动。通过与由轨迹规划得出的额定加工方向的比较可求取相对运动的在对应的加工位置处的方向精度。相应地，也可通过合适的传感器或者说合适的监控装置求取当前加工位置并且将其与由轨迹规划得到的额定加工位置比较，以求取位置精度。
本发明的另一方面涉及开头提到的类型的加工机，其中，评价装置配置或编程用于根据在同一加工位置处所述至少一个特征参量的多个测量值求取过程品质的至少一个与位置相关的特征参量和/或根据沿着同一加工方向、尤其是在同一加工位置处沿着同一加工方向所述至少一个特征参量的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量。如更上面结合所述方法所述的，可在加工机上根据与位置和/或方向相关的特征参量求取与位置和/或方向相关的干扰。加工机尤其是可涉及所谓的2D激光切割机，在所述2D激光切割机中，工件通常停在工件承放部上并且呈激光加工头形式的加工工具沿侧方方向运动经过工件。
在一实施方式中，评价装置配置或编程为：为了求取过程品质的与位置相关的特征参量和/或与方向相关的特征参量，对所述多个测量值执行统计分析。如上面所述的那样，测量值的统计分析或者说评价可用于消除与加工位置和/或加工方向无关的对过程品质的影响。
在另一实施方式中，监控装置构造用于连续监控所述至少一个特征参量并且评价装置构造用于将特征参量的当前求取的测量值配属给对应的加工位置和/或对应的加工方向。评价装置可设置在加工工具中，但也可形成加工机的控制装置的一部分。
在另一实施方式中，评价装置配置或编程用于：根据与位置相关的特征参量求取加工位置，所述加工位置在加工中形成至少一个干扰位置区域，和/或，根据与方向相关的特征参量求取加工方向，所述加工方向在加工中形成至少一个干扰角度区域。关于该实施方式可参考结合所述方法描述的上述实施方案。
在另一实施方式中，加工机包括控制装置，用于控制加工工具和工件相对彼此的运动，所述控制装置优选配置用于根据所求取的与位置相关的特征参量、尤其是干扰位置区域和/或根据与方向相关的特征参量、尤其是干扰角度区域确定在加工工具和工件相对彼此的运动中的加工位置和/或加工方向。如更上面所述的，在进行工作规划或者说在板材布置规划时可考虑干扰位置区域或者说干扰角度区域，以在加工过程中尽可能避免它们。
在一实施方式中，监控装置和评价装置配置用于根据所监控的区域求取切缝的切割前沿的切割前沿角度、切缝的两个切割侧翼之间的张开角度、在加工工具和工件相对彼此的运动中的定位精度和/或方向精度作为过程品质的特征参量。描述在所述相对运动方面的定位精度和/或方向精度的特征参量可例如涉及实际运动与额定运动的偏差，该偏差例如源于驱动器的不规律的运动(振颤)。可求取的另外的特征参量是切缝宽度或者说切缝宽度与额定切缝宽度的偏差、加工喷嘴的射束方位、(加工)喷嘴和工件之间的间距与额定值的偏差、通过喷嘴的气体的压力或流量与额定值的偏差、喷嘴和工件之间的电阻以及借助传感器同轴测量的在确定的或者说预给定的波长带中的辐射强度——例如在刺入传感机构(Einstechsensorik)的情况下借助光电二极管进行测量。特征参量的求取可尤其是以在更上面结合所述方法描述的方式进行。
附图说明
本发明的另外的优点由说明书和附图得出。前面提到的和后面还会举出的特征同样可自身单独使用或以任意组合针对多个特征使用。所示的和所述的实施方式不应理解为穷举，而是仅具有用于解释本发明的示例性特征。
附图示出：
图1是呈激光加工机形式的用于切割加工工件的加工机的一个实施例的示意图，
图2a,b是图1的激光加工机的激光加工头以及所述激光加工机具有的监控装置的挡板的图示，和
图3是在激光切割过程中在工件上形成的切缝的细节的三维图。
具体实施方式
在后面的附图描述中对于相同或者说功能相同的构件使用相同的附图标记。
图1示出激光加工机1，其具有激光源2、激光加工头4和工件承放部5。由激光源2产生的激光射束6借助射束引导部3通过(未示出的)偏转镜引导至激光加工头4并且在激光加工头4中聚焦以及借助同样未图示出的反射镜定向成垂直于工件8的表面，即激光射束6的射束轴线(光轴)垂直于工件8。在示出的示例中，激光源2涉及CO2激光源。替代地，激光射束6可例如通过固体激光器产生。
为了激光切割工件8，首先以激光射束6刺入，即将工件8在一个部位处点状熔化或氧化并且在此形成的熔化物被吹走。随后使激光射束6运动经过工件8，使得形成连贯的切缝9，激光射束6沿着切缝9将工件8切透。
所述刺入和激光切割可通过加入气体来辅助。作为切割气体10可使用氧气、氮气、压缩空气和/或特定用途的气体。形成的颗粒和气体可借助于吸走装置11从吸走腔12吸走。
激光加工机1也包括运动装置13用于使激光加工头4和工件8相对彼此运动。在所示的示例中，工件8在加工期间停在工件承放部5上并且激光加工头4在加工期间沿着XYZ坐标系的两个轴X,Y运动。为了该目的，运动装置13具有能借助通过双向箭头简示的驱动器沿X方向移动的门架14。激光加工头4可借助运动装置13的通过双向箭头简示的另一驱动器沿Y方向移动，以在通过激光加工头4的可移动性或者通过工件8预给定的工作区中运动到沿X方向和Y方向的任意加工位置BX,Y。在对应的加工位置BX,Y，激光射束6具有(当前)加工方向Bφ，加工方向Bφ通过加工角度φ描述，加工角度(专断地)从负Y方向出发测量并且在图1所示的示例中φ＝0°。
如在图2a中可识别到的那样，为了在工件8上执行切割加工，激光射束6借助呈聚焦透镜15形式的聚焦装置聚焦到工件8上。在所示的示例中，聚焦透镜15涉及由硒化锌制成的透镜，所述透镜将激光射束6穿过激光加工喷嘴16、更准确地说穿过其喷嘴开口16a聚焦到工件8上，并且在所示的示例中聚焦到在工件8的上侧面8a上的焦点位置F。激光射束6在那里形成与工件8的相互作用区域17，在相互作用区域17之后逆着加工方向Bφ或者说逆着激光切割过程的切割方向产生在图1中所示的切缝9。在激光射束6来自固体激光器的情况下，可使用例如由石英玻璃制成的聚焦透镜。
在图2中同样可看到构造为部分透射式的偏转镜18，偏转镜18将入射的激光射束2(例如具有约10.6微米的波长)反射并且偏转镜18将与过程监控相关的观察辐射透射至另一个部分透射式偏转镜19。偏转镜18在所示的示例中针对呈热辐射形式的、波长λ为约700纳米至2000纳米的观察辐射构造成部分透射。所述另一个部分透射式偏转镜19将观察辐射反射至监控装置20。照明源21用于以照射辐射22同轴照射工件8。照射辐射22被所述另一个部分透射式偏转镜19以及由偏转镜18透射并穿过激光加工喷嘴16的喷嘴开口16a转向到工件8。
替代于部分透射式偏转镜18，19，也可使用刮刀镜(Scraperspiegel)或孔镜(Lochspiegel)来将观察辐射导送至监控装置20或者以将照射辐射22导送至工件8，所述刮刀镜或孔镜仅将来自边缘区域的入射的辐射反射。也可使用至少一个在侧向引入到激光射束6的光路中的反射镜，以使得能实现观察。
作为照明源21可设置二极管激光器或LED或闪光灯，其能如图2a所示的那样同轴于激光射束轴线24布置，但也可与激光射束轴线24不同轴地布置。照明源21例如也可布置在激光加工头4之外(尤其是在其旁边)并且指向到工件8上；替代地，照明源21可布置在激光加工头4内，但与激光射束6不同轴地指向到工件8上。激光加工头4必要时也可没有照明源21地运行。
监控装置20的一部分是在观察光路23中布置在所述另一个部分透射式偏转镜19之后的高几何分辨率的摄像机25。摄像机25可涉及与激光射束轴线24或者说与激光射束轴线24的延长线同轴布置并从而与方向无关地布置的高速摄像机。在所示的示例中，在NIR/IR波长范围中以入射照明方法(Auflichtverfahren)通过摄像机25拍摄图像，以拍摄过程自发光或者说切割过程的热图像。在图2a所示的示例中，当应从摄像机25的检测结果中排除另外的辐射份额或者说波长份额时，可在摄像机25之前布置过滤器。过滤器例如可以构造为具有的半值宽度例如为约15纳米的、窄带的带通过滤器，该带通过滤器透过在约800纳米范围中的波长λ。
为了在摄像机25的探测面25a上产生工件8的在图3中示出的待监控的区域26(该区域包含切缝9或者说切缝9的具有切割前沿9a的区段)的图像，监控装置20具有成像光具27。在所示的示例中，成像光具27具有挡板28，该挡板能绕中心旋转轴线D旋转地受支承，使得在旋转时，偏心布置的挡板开口28a的位置在绕旋转轴线D的圆弧上运动(参见图2b)。
通过挡板28布置在成像光具27的借助透镜29聚焦的光路中，观察光路23的仅一部分穿过偏心于激光射束6的射束轴线24的延长线布置的挡板开口28a并形成在探测面25a上成像的观察射束23a，所述一部分穿过聚焦透镜15的边缘区域并且在聚焦透镜15之后的会聚光路中相对于激光射束6的射束轴线24成角度β地定向。在图2a所示的示例中，观察射束23a的观察方向R1在到XY平面或者说到工件平面的投影中平行于加工方向Bφ(在此：φ＝0)延伸，激光射束6和工件8沿着所述加工方向在XY平面中相对彼此运动，以形成希望的切割轮廓，即进行拖后(stechende)观察。观察方向R1相对于激光射束6的射束轴线24定向的角度β在该示例中在约1°至约5°之间、例如为约4°。
如在图2a中可看到的那样，在挡板28上装有偏振过滤器30，其与挡板28一起绕旋转轴线D旋转。偏振过滤器30构造用于过滤线性偏振分量p，其在示出的示例中平行于一平面(XZ平面)定向，所述平面包含(当前)加工方向Bφ以及Z方向或者说激光射束6的射束轴线24。如在图2a中所看到的那样，观察射束23a在偏振过滤器30之后仅还具有垂直于XZ平面定向的偏振分量s。观察射束23a的线性偏振分量的过滤已被证明为对于观察切缝9或者说要监控的区域26是有利的。显然，取代平行于XZ平面定向的偏振分量p必要时也可借助偏振过滤器30过滤垂直于XZ平面定向的偏振分量s或其他定向的偏振分量。s偏振化的偏振分量的使用已被证明为对于观察切缝9是特别有利的，因为在图3中所示的基本上相应于两个光条31a,b的虚线具有发出多个s偏振化辐射的最佳角度。
取代于可机械调节的挡板28也可使用可电调节的挡板，其例如呈LCD排列的形式，其中，各个像素或像素组被电子地开启或关断，以产生挡板作用。机械的挡板28也可与在图2a,b中所示不同地横向于观察光路23、例如在YZ平面中运动或者说移动，以将观察光路23的不同的部分遮蔽或为了观察而打开。挡板28也能以一个或两个以上能翻开和合上的机械元件的形式实现。相应地，偏振过滤器30也可构造为LCD偏光器，以合适地选择经过滤的偏振分量的定向，尤其是以将经过滤的偏振分量的定向旋转。必要时可将挡板28和/或偏振过滤器30完全从观察光路23移除，只要这对于监控激光切割过程有利即可。
借助与监控装置20在信号技术上处于连接的评价装置32可求取激光切割过程的过程品质的不同的特征参量。例如可根据在图3中示出的光条32a,b的走向得出切缝9的缝宽b(z)在工件8的厚度方向Z上(具有厚度d)的走向，更准确地说能得出在切缝9的两个侧向切割侧翼33a,b之间的角度γ。可借助评价装置32确定两个光条31a,b之间的间距和/或角度作为角度γ的测量参量，例如像在开头引述的WO2018069291A1中所述的那样，该文献通过引用而全部作为本申请的内容。切缝9的两个切割侧翼33a,b之间的张开角度γ通常在熔化切割的情况下构成过程品质或者说过程稳健性的特征参量，即张开角度γ越大，则切缝9的V形越厚地成型并且切割品质越差。
如在图3中同样可看到的那样，当在工件8上切割加工时在切缝9的前边沿处形成基本上柱形的切割前沿9a，该切割前沿沿着工件8的厚度d以与工件8的上侧面8a和下侧8b相关的切割前沿角度α延伸。借助监控装置20可根据所监控的区域26、更确切地说根据相互作用区域17借助评价装置32求取切割前沿角度α。这例如能够以像在开头引述的WO2015036140A1中所述的那种方式进行，该文献通过引用而全部变成本申请的内容。在该情况下，对于求取切割前沿角度α有利的是，相互作用区域17的观察以领先(schleppend)或拖后的观察方向进行，其中，可以不用偏振过滤器30。替代地，切割前沿角度α也可根据切缝9的几何特征求取，例如就像在开头引述的WO2012107331A1中所述的那样，该文献同样通过引用而全部变成本申请的内容。
借助监控装置20或者说评价装置32也可求取过程品质的其他特征参量，例如在激光加工头4在加工位置BX,Y处的定位方面的定位精度PX,Y(即实际加工位置和额定加工位置之间的偏差)以及方向精度Rφ(即在加工位置BX,Y处的当前加工方向Bφ与额定加工方向的偏差)。例如也可由监控装置20结合评价装置32求取方向不精确性Rφ，其方式是执行在DE102005022095A1中所述的用于确定激光加工头4和工件8之间的侧方相对运动的方法并且将通过该方式求取的侧方相对运动或者说当前加工方向Bφ与存放在评价装置32或其他位置的额定加工方向值比较。位置精度PX,Y以及方向精度Rφ构成过程品质的特征参量，因为在与相应的额定值有偏差的情况下会导致切缝9的几何形状与额定几何形状的偏差。
显然，借助监控装置20或者说评价装置32也可求取过程品质的其他特征参量，所述其他特征参量例如涉及切缝9的毛刺的出现等，就像同样在WO2012107331A1中所描述的那样。过程品质的在评价装置32中求取的特征参量的种类能够取决于激光切割过程的种类，例如切割前沿角度α可在燃烧切割过程中用作特征参量，而切缝的张开角度γ通常在熔化切割过程中用作过程品质的特征参量。
在图1中示出的承担激光切割机1的控制任务的控制装置34与评价装置32处于信号技术连接中。控制装置34具有调节装置35，以在加工过程中产生最佳的过程品质。调节装置35例如可构造为将切割前沿角度α调节到预给定的恒定值，其方式是，合适地影响激光射束6的至少一个调整参数、例如进给速度和/或功率。
在后面，示例性地将切割前沿角度α作为过程品质的特征参量来描述：在借助加工机1加工工件8时如何求取与位置相关和/或与方向相关的干扰。如上面已经描述的那样，在切割过程期间连续地由监控装置20检测切割前沿角度α。切割前沿角度α的相应的当前求取的测量值被配属于当前加工位置BX,Y，该当前加工位置在所示的示例中相应于在加工机1的工作区中的一个XY坐标。该配属关系例如存储在数据库等中，所述数据库存放在评价装置32、控制装置34或数据存储器36中，数据存储器36必要时在外部的中央计算机上或在云中提供。针对多个切割加工过程并从而针对多个测量值α1，α2，…αN执行切割前沿角度α与在工作区中的对应的加工位置BX,Y的配属，其中，N表示测量值的数量，该数量通常为N＝10以上。由测量值α1，α2，…αN——所述测量值在工作区中的对应的加工位置BX,Y、即对应的XY坐标处求取——求取与XY坐标或者说与工作区中的XY位置相关的切割前沿角度α(X,Y)。与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)因而是关于XY坐标的函数。
为了消除对应的加工过程或者说对应的加工参数对与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)的影响，对在不同的时间或者说在不同的加工过程中在对应的加工位置BX,Y处求取的N个测量值α1，α2，…αN进行统计分析。在最简单的情况下，为了求取与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)可由在对应的加工位置BX,Y处的测量值α1，α2，…αN计算平均值。显然，取代平均值也可将其他合适的统计尺度用于求取与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)，所述统计尺度将与对应的加工位置BX,Y无关的干扰的影响尽可能完全消除。
根据在工作区中的与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)可确定以下加工位置BX,Y，在所述加工位置的情况下，与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)小到使得过程品质低或过程可能会进行得不稳定。为了求取这样的加工位置BX,Y，可将与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)与(一般恒定的，即与位置无关的)阈值比较。加工位置BX,Y——在所述加工位置处低于阈值——形成在工作区内的呈干扰位置区域37形式的子区域，其中，示例性地在图1中示出两个子区域。工作区的处于干扰位置区域37之外的子区域形成在工件8上的切割过程的优选位置区域。
在控制装置34中进行轨迹规划时，要由工件8切割的工件部分的要在切割中产生的切割轮廓选择成，使得所述切割轮廓在理想情况下完全处于干扰位置区域37之外或者说加工过程的尽可能小的部分在干扰位置区域37中进行。加工机1的以更上面的方式求取的干扰位置区域37可存储在数据存储器36中。
干扰位置区域37通过更上面的方式的求取必要时能以预给定的时间间隔重复。如果为求取与位置相关的切割前沿角度α考虑了足够数量的测量值α1，α2，…αN，则干扰位置区域37一般不会改变或者说不会显著改变，即它们在时间上基本上是恒定的。关于相同结构类型的多个加工机1的干扰位置区域37的信息可存放在共同的数据存储器36中。根据存储在那里的关于干扰位置区域37和/或与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)的数据可识别出机器结构的弱点。
类似于与位置相关的切割前沿角度α(X,Y)的更上面的求取，也可根据加工方向Bφ求取切割前沿角度α。在此，在最简单的情况下，切割前沿角度α的当前求取的测量值被配属于对应的当前加工方向Bφ——不考虑对应的加工位置BX,Y，即与加工位置BX,Y无关地求取加工机1的与方向相关的切割前沿角度αφ，其方式是，如更上面所述的那样统计分析与方向相关的切割前沿角度αφ的多个测量值。但优选附加地与加工位置BX,Y相关地求取与方向相关的切割前沿角度αφ，即与方向相关的切割前沿角度αφ根据在同一加工位置BX,Y处在对应的加工方向Bφ上的多个测量值α1，α2，…αN求取。与方向相关的切割前沿角度αφ(X,Y)因而附加地与在工作区中的XY位置相关。
也可类似于干扰位置区域37的上述求取来求取干扰角度区域38，干扰角度区域38必要时与对应的加工位置BX,Y相关(见上文)。为了该目的，例如可将与方向相关的切割前沿角度αφ的对应的值与阈值比较。在图1中示例性地示出在加工位置BX,Y处的干扰角度区域38，所述干扰角度区域38延伸经过在约35°至约45°之间的角度间隔φ。如更上面与干扰位置区域37相关联地描述的那样，也可将在加工工件8时的加工方向Bφ选择成，使得在加工时尽可能避免干扰角度区域38。与方向相关的、通常附加地与位置相关的切割前沿角度αφ(X,Y)或者说干扰角度区域38同样可存储在数据存储器36中，以能执行故障分析或者说优化工作规划。
如更上面所述的那样，切割前沿角度α可调节到预给定的恒定值，其方式是，适宜地影响至少一个调整参数，例如激光射束6的进给速度和/或功率。更确切地说，在(理想的)调节中，调节参量是恒定的，即与位置和/或方向无关，但用于调节的测量参量可基于干扰而与位置和/或方向相关地变化，在调节时应考虑这一点，以将调节参量、在所述的示例中将切割前沿角度α保持恒定。
在激光切割经过工件承放部5的条时可例如得到检测过程辐射作为测量参量的激光切割光学传感机构的高的测量信号。因而在这样的加工位置BX,Y处要么完全不调节要么必须预期测量参量的高的值，以将调节参量、例如切割前沿角度α保持恒定。在该情况下，过程辐射的测量信号涉及与位置相关的特征参量，所述特征参量借助上述方法求取并且在将调节参量调节到其额定值时考虑所述特征参量的与加工位置BX,Y相关的变化。显然，这种做法对于其他特征参量也是可能的。
在以具有卵形射束横截面的激光射束6——所述激光射束例如通过喷嘴16的不圆的内轮廓引起——激光切割时，为了将切缝9调节到恒定的宽度b(调节参量)，例如可将激光射束6的沿激光射束6的传播方向(Z方向)的焦点位置F作为调整参量调整。如果以激光射束6的长边横向于切缝9切割，则焦点位置F应选择成，使得激光射束6在工件8上的射束横截面小，而在以激光射束的窄边横向于切缝9切割时在焦点处的射束横截面应调整得这样大，使得在整体上切缝9的宽度b可保持恒定。因而在该情况下需要焦点方位或者说焦点位置与方向相关的沿Z方向的调整。
随着激光加工机1的运行时长增大，会出现例如聚焦透镜15的脏污。该脏污可导致所谓的热透镜，该热透镜导致焦点位置F的改变(与名义上的焦点位置有差别)。因而如果在激光加工机1上在多个在时间上前后相继的加工过程中求取激光射束6的焦点位置F(沿传播方向)作为特征参量，可有利的是，在求取与方向和/或位置相关的焦点位置F时考虑测量值的在时间上的改变。例如可在求取焦点位置F时仅考虑以下测量值，所述测量值在不久前的加工过程中已求取并从而相应于聚焦透镜15的当前的脏污程度。
显然，更上面所述的方法也可类似地以过程品质的与切割前沿角度α、焦点位置F等不同的特征参量执行。

Claims (25)

1.一种用于求取在加工过程中的过程品质的至少一个特征参量(α，γ，PX,Y，Rφ)的方法，所述方法包括：
在加工工具和工件(8)相对彼此的运动下加工加工工件(8)，
监控工件(8)上的区域(26)，以及
根据所监控的区域(26)求取过程品质的至少一个特征参量(α，γ，PX,Y，Rφ)，
其特征在于，
根据在同一加工位置(BX,Y)处所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与位置相关的特征参量(α(X,Y))，和/或
根据在同一加工方向(Bφ)上所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))，
其中，所述特征参量由一个组选出，所述组包括：切缝(9)的切割前沿(9a)的切割前沿角度(α)和切缝(9)的两个切割侧翼(33a,b)之间的张开角度(γ)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，为了求取过程品质的与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))，执行对所述多个测量值的统计分析。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在加工过程期间连续检测特征参量(α)并且将特征参量(α)的当前求取的测量值配属给对应的加工位置(BX,Y)和/或对应的加工方向(Bφ)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
根据与位置相关的特征参量(α(X,Y))求取在加工中形成至少一个干扰位置区域(37)的加工位置(BX,Y)，和/或
根据与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))确定在加工中形成至少一个干扰角度区域(38)的加工方向(Bφ)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所求取的与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或根据与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))确定在加工工具与工件(8)相对彼此的运动中的加工位置(BX,Y)和/或加工方向(Bφ)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
在同一加工机上在多个加工过程中求取所述至少一个特征参量(α)的所述多个测量值，和/或
在多个结构相同的加工机上求取所述与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或所述与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在同一加工机上在多个加工过程中求取所述至少一个特征参量(α)的所述多个测量值，并且，在求取所述与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或所述与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))时考虑所述测量值的在时间上的改变。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所求取的与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或干扰位置区域(37)和/或所求取的与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))和/或干扰角度区域(38)存储在数据存储器(36)中。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述特征参量由一个组选出，所述组包括：在加工工具和工件(8)相对彼此的运动中的定位精度(PX,Y)和方向精度(Rφ)。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述加工过程是激光切割过程，所述加工是切割，所述加工工具是激光切割头(4)。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，根据在同一加工位置(BX,Y)处在同一加工方向(Bφ)上所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))。
12.根据权利要求5所述的方法，其中，所述与位置相关的特征参量(α(X,Y))是干扰位置区域(37)。
13.根据权利要求5所述的方法，其中，所述与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))是干扰角度区域(38)。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述区域包括加工工具与工件(8)的相互作用区域(17)。
15.一种加工机，包括：
加工工具，其用于加工加工工件(8)，
运动装置(13)，其用于使加工工具和工件(8)相对彼此运动，以及
监控装置(20)，其用于监控工件(8)上的区域(26)，以及
评价装置(32)，所述评价装置配置用于根据所监控的区域(26)求取过程品质的至少一个特征参量(α，γ，PX,Y，Rφ)，
其特征在于，
评价装置(32)配置用于：
根据在同一加工位置(BX,Y)处所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与位置相关的特征参量(α(X,Y))，和/或
根据沿着同一加工方向(Bφ)所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))，其中，监控装置(20)和评价装置(32)配置用于根据所监控的区域(26)求取切缝(9)的切割前沿(9a)的切割前沿角度(α)、切缝(9)的两个切割侧翼(33a,b)之间的张开角度(γ)、在加工工具和工件(8)相对彼此的运动中的定位精度(PX,Y)和/或方向精度(Rφ)作为过程品质的特征参量。
16.根据权利要求15所述的加工机，其特征在于，评价装置(32)配置用于为了求取过程品质的与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))而执行对所述多个测量值的统计分析。
17.根据权利要求15或16所述的加工机，其特征在于，监控装置(20)构造用于连续监控所述至少一个特征参量(α)，并且，评价装置(32)构造用于将所述特征参量(α)的当前求取的测量值配属于对应的加工位置(BX,Y)和/或对应的加工方向(Bφ)。
18.根据权利要求15或16所述的加工机，其特征在于，评价装置(32)配置用于：
根据与位置相关的特征参量(α(X,Y))求取在加工中形成至少一个干扰位置区域(37)的加工位置(BX,Y)，和/或
根据与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))求取在加工中形成至少一个干扰角度区域(38)的加工方向(Bφ)。
19.根据权利要求15或16所述的加工机，其特征在于，所述加工机还包括：控制装置(35)，其用于控制加工工具和工件(8)相对彼此的运动。
20.根据权利要求15所述的加工机，其中，所述加工机是激光加工机，所述加工工具是激光切割头(4)，所述加工是切割。
21.根据权利要求15所述的加工机，其中，根据在同一加工位置(BX,Y)处在同一加工方向(Bφ)上所述至少一个特征参量(α)的多个测量值求取过程品质的至少一个与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))。
22.根据权利要求19所述的加工机，其中，所述与位置相关的特征参量(α(X,Y))是干扰位置区域(37)。
23.根据权利要求19所述的加工机，其中，所述与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))是干扰角度区域(38)。
24.根据权利要求15所述的加工机，其中，所述区域包括加工工具与工件(8)的相互作用区域(17)。
25.根据权利要求19所述的加工机，其中，所述控制装置配置为用于根据所求取的与位置相关的特征参量(α(X,Y))和/或根据与方向相关的特征参量(αφ，αφ(X,Y))确定在加工工具和工件(8)相对彼此的运动中的加工位置(BX,Y)和/或加工方向(B(φ))。
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