JP4215296B2 - レーザ切断機及びレーザ切断のための方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性加工材料を切断するためのレーザ切断機であって、加工される前記加工材料に対してこの加工材料から距離をおいて相対的に運動可能なレーザ切断ヘッドを有し、該レーザ切断ヘッドは少なくとも１つの導電性部分を有し、ならびに切断過程のパラメータを制御するための装置を有する、導電性加工材料を切断するためのレーザ切断機に関する。さらに本発明は、導電性加工材料をレーザ切断するための方法であって、少なくとも１つの導電性部分を有するレーザ切断ヘッドは加工される前記加工材料から距離をおいてこの加工材料に対して相対的に運動し、切断過程のパラメータを制御する、導電性加工材料をレーザ切断するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような自動化された加工機械ならびに上述の方法は多数の加工手段を実施するために広く使用されている。とりわけステンレス鋼製の比較的厚い加工材料を切断する場合に及びこの際とりわけ加工材料のエッジの領域を切断ガイドする場合に所望の切断品質を保証するのは困難である。よって、前述の状況下で時折観察されることは、レーザ切断ビームが所要切断深度を維持できず、これに相応してこのレーザ切断ビームは加工材料を切断するまで何度も及び/又は切断パラメータを変更して当該切断ラインに沿ってガイドされなければならないことである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上述の問題、すなわち比較的厚い加工材料を切断する場合に及びこの際とりわけ加工材料のエッジの領域を切断ガイドする場合に所望の切断品質を保証することの困難を除去することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題は冒頭に述べた装置においては、
切断過程のパラメータを制御するための装置に制御のために結合された抵抗測定装置が設けられ、
この抵抗測定装置は、一方ではレーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分に接続されており、他方では加工材料に接続されており、
抵抗測定装置を用いてレーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分と加工材料との間の媒質の電気抵抗の値が検出され、
抵抗測定装置は評価装置を介して切断過程のパラメータを制御するための装置に結合されており、
評価装置は、レーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分の加工材料からの距離を検出するための距離測定装置に接続されており、
さらに評価装置は、検出される電気抵抗の値ならびにレーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分の加工材料からの検出される距離に依存して、切断過程のパラメータを制御するための装置に対する制御信号を発生し、
距離測定装置によって検出されたレーザ切断ヘッドまたは該レーザ切断ヘッドの導電性部分と加工材料との間の距離がゼロではなく、かつ、抵抗測定装置を介して検出される電気抵抗値が正規の切断条件の際の電気抵抗値より所定の基準を越えて低下する場合、評価装置は、切断品質の低下と見なし、評価装置は、抵抗測定装置を介して検出される電気抵抗値が正規の切断動作において測定される電気抵抗値に増大するように、切断過程のパラメータを制御するための装置に対する制御信号を形成し、該制御信号に基づいて切断過程のパラメータを制御するための装置はレーザ切断ヘッドと加工材料との相対速度及び／又はレーザビームの出力を低下させることを特徴とするレーザ切断機によって解決される。
【０００５】
また、上記課題は、方法に関していえば、冒頭に記述したような方法の枠内で
レーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分と加工材料との間の媒質の電気抵抗の値を抵抗測定装置を介して検出し、
レーザ切断ヘッドまたはこのレーザ切断ヘッドの導電性部分と加工材料との間の、電気抵抗測定時点での距離を検出し、
切断過程のパラメータを、検出される電気抵抗の値ならびに検出される距離の値に依存して制御し、
距離測定装置によって検出されたレーザ切断ヘッドまたは該レーザ切断ヘッドの導電性部分と加工材料との間の距離がゼロではなく、かつ、抵抗測定装置を介して検出される電気抵抗値が正規の切断条件の際の電気抵抗値より所定の基準を越えて低下する場合、評価装置は、切断品質の低下と見なし、評価装置は、抵抗測定装置を介して検出される電気抵抗値が正規の切断動作において測定される電気抵抗値に増大するように、切断過程のパラメータを制御するための装置に対する制御信号を形成し、該制御信号に基づいて切断過程のパラメータを制御するための装置はレーザ切断ヘッドと加工材料との相対速度及び／又はレーザビームの出力を低下させることによって解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の解決手段は、レーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の電気抵抗の値によって切断箇所で得られる切断品質が推定できる、という新しい認識に基づく。レーザビームが加工材料を問題なく貫通する場合、前述の電気抵抗は正規の切断動作において比較的大きな値をとることが分かった。加工材料の加工の際の困難、とりわけレーザビームの所要切断深度の維持に関する問題には、正規の切断動作の際に測定される値に比べて電気抵抗が低下することが付随する。従って、抵抗測定を比較測定として実施すればよい。この場合、最適な切断結果を有する正規の切断動作において経験的に求められた抵抗値が出発点となる。本発明の抵抗測定装置によって求められる抵抗値の降下が検出され、この抵抗値の変化が所定の基準を越える場合、このことは切断過程のパラメータを制御する必要性をさし示しており、この結果、この手段で加工材料の最適な切断加工を可能にする加工状況を得ることができる。この方向性において、比較的低い抵抗値を測定した後で、切断過程のパラメータの制御のために抵抗測定装置と共働する装置を介して、例えば切断速度、すなわち加工材料に対する相対的なレーザ切断ヘッドの前送り速度が低下される。代替的に又は補足的にとりわけノズル間隔、切断ガス圧力、切断ガス量及び/又はレーザビーム出力を変化させることも考えられる。逆に、レーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の電気抵抗の値が正規の切断動作において比較的低い値に分類される値から上昇することは、レーザビームが加工材料を機能通りに貫通していること及び例えばレーザ切断ヘッドの前送り速度及び/又はレーザビーム出力を瞬時の状況に比べて再び高めることができることを信号報知している。この場合、切断過程の１つ乃至は複数の当該パラメータの変更の範囲は、正規の切断動作の際の抵抗値からの瞬時の抵抗値の検出された偏差のスケールに依存する。
【０００７】
本発明の機械の有利な変形実施形態は、抵抗測定装置は評価装置を介して切断過程のパラメータを制御するための装置に結合されており、この評価装置は、レーザ切断ヘッド、例えばレーザノズルの加工材料からの距離を検出するための距離測定装置に接続されており、さらにこの評価装置は、検出される電気抵抗の値ならびに検出されるレーザ切断ヘッド、例えばレーザノズルの加工材料からの距離に依存して、切断過程のパラメータを制御するための装置に対する制御信号を発生することを特徴とする。評価装置は一方でレーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の電気抵抗の値を求めるために抵抗測定装置の測定結果を考慮する。しかし他方でこの評価装置はレーザ切断ヘッド、例えばレーザノズルと加工材料との間に抵抗測定の時点で存在する距離も考慮に入れる。このようにして、この機械の制御ミスが排除される。つまり、本発明の距離測定装置を使用することによって、例えば抵抗測定装置により測定された低い電気抵抗値が実際に切断品質の低下を示すものと見なせるのか、あるいは、この低い抵抗値は、レーザ切断ヘッドが誤って加工材料に当接してしまい、このため短絡が発生しこの短絡のために測定された電気抵抗値も同様に低い値をとることに起因するのかを検査する可能性を開く。測定される抵抗値を大きくする切断過程のパラメータ制御は前者の場合においてのみ実施される。この前者の場合にはレーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の測定される電気抵抗は低い値を有しかつレーザ切断ヘッドと加工材料との間の距離はゼロではない。
【０００８】
本発明の方法では、レーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の電気抵抗が測定され、この電気抵抗がその大きさから最適な切断結果を有する正規の切断動作の際の電気抵抗に相応する場合には、切断過程の設定されたパラメータは変更されないままである。測定される抵抗値が変化する場合には、切断過程のパラメータをこの抵抗値の変化のスケールに依存して変更する。
【０００９】
本発明の方法の有利な実施形態では、制御過程のパラメータの制御の際にこの電気抵抗の検出された値のグループをそれぞれ当該パラメータの値に割り当てる。従って、例えばレーザ切断ヘッドと加工材料との間の媒質の電気抵抗が大きさは異なるが所定の範囲内にある場合には、レーザ切断ヘッドと加工材料との相対速度の値は同一の値に調整される。
【００１０】
【実施例】
次に本発明を本発明の機械の実施例の概略図に基づいて詳しく説明する。
【００１１】
図１は導電性材料から製造されたレーザノズル２を有するレーザ切断ヘッド１を図示している。このレーザノズル２はレーザ切断ヘッド１の他の部分に対して電気的に絶縁されて取り付けられている。ノズル開口部３でレーザ切断ヘッド１からレーザビーム４が照射され、このレーザビーム４はレーザ切断ヘッド１に向かい合って配置された導電性特殊鋼板の形式の加工材料５に命中し、この結果、破線で示されているようにこれを切断加工によって貫通する。ガス供給路６を介して切断ガス、図示された実施例では窒素がレーザ切断ヘッド１に供給される。切断ガスビーム７も同様にノズル開口部３を介してレーザ切断ヘッド１の内側から加工材料５の方向へ照射される。切断加工中には、加工材料５は固定保持されており、レーザ切断ヘッド１はこの加工材料５に対して相対的にこの加工材料５から距離をおいてこの加工材料５に平行に移動される。
【００１２】
電圧源８は一方ではレーザノズル２に他方で加工材料５に導通接続されている。この場合、電圧源８と加工材料５との間には抵抗測定装置９が導通接続されている。この抵抗測定装置９は測定機器１０に加えてこの測定機器１０に並列接続された抵抗１１ならびに前置抵抗１２を含む。より広い意味ではレーザノズル２、電圧源８及び加工材料５も抵抗測定装置９の構成部分である。レーザ切断ヘッド１と加工材料５との間の距離を検出するための周知のタイプの容量性距離測定装置１３も同様にレーザノズル２を使用する。
【００１３】
図１において破線で示されているように、抵抗測定装置９も容量性距離測定装置１３もコンピュータ援用評価装置１４に接続されている。このコンピュータ援用評価装置１４も切断過程のパラメータを制御するための装置１５、すなわち機械制御部に結合されている。
【００１４】
この機械の切断動作の際に抵抗測定装置９を介して連続的にレーザノズル２と加工材料５との間の媒質の電気抵抗が検出される。レーザビーム４によって加工材料５を所望の品質で切断分離する正規の切断条件において測定される抵抗はほぼ一定の極めて大きい値をとる。切断箇所の領域で例えばレーザ切断ヘッド１が大きな曲率で切断過程の所与のパラメータで曲線移動する際にレーザビーム４の所要の切断深度を維持することが困難になった場合、同時に抵抗測定装置９によって検出される電気抵抗は初期状態に比べて著しく低下する。この抵抗の低下乃至は結果的に生じる低減された抵抗値は評価装置１４によって検出される。
【００１５】
同時にこの評価装置１４は容量性距離測定装置１３によって求められるレーザノズル２と加工材料５との間の距離を検出する。レーザノズル２と加工材料５との間の距離がゼロではない場合、すなわちレーザノズル２と加工材料５との間には距離があり抵抗測定装置９によって検出されるレーザノズル２と加工材料５との間の媒質の電気抵抗が比較的低い値をとる場合、このことは評価装置１４にとって切断品質の低下を予想できる加工条件が存在していることを示す。というのも、レーザビーム４がもはや加工材料５を貫通しないか乃至はこのレーザビーム４がもはやこの加工材料５を切断ラインに沿って貫通しないからである。測定された抵抗値乃至は抵抗値変化に基づいて評価装置１４は切断過程のパラメータを制御するための装置１５に対して制御信号を発生する。この制御信号に基づいて、この装置１５は、抵抗測定装置９を介して検出される電気抵抗値が次のような電気抵抗値、すなわち、正規の切断動作において測定される電気抵抗値に相等するか又はこの正規の切断動作において測定される電気抵抗値の少なくともごく近傍にある電気抵抗値になるまでレーザ切断ヘッド１と加工材料５との相対速度及び/又はレーザビーム４の出力を低下する。
【００１６】
上述のやり方で、最適な加工結果を保証する加工状態が切断箇所において常に支配的であるように切断過程のパラメータが調整される。
【００１７】
抵抗測定装置はレーザビームが加工すべき加工材料５に穴を開ける際にも利用される。よって、レーザ切断ヘッド１の前送り、つまりレーザ切断ヘッド１の加工材料５に対する相対運動は、この加工の開始時点にこの加工材料５に向けられたレーザビーム４がこの加工材料５を最初に貫通した時、すなわちこの加工材料５を「突き刺した」時に初めて開始される。これが開始されるまでは、レーザノズル２と加工材料５との間の媒質の電気抵抗は比較的低い値をとる。レーザビーム４が加工材料５を貫通するやいなや、電気抵抗の値は急激に上昇する。この電気抵抗の上昇は抵抗測定装置９によって検出され、この電気抵抗の上昇は加工材料５に対して加工方向にレーザ切断ヘッド１の前送りを開始する時点をマーキングする。これは機械制御部によって実施される。
【００１８】
上述のやり方で、できるだけ早い時点にレーザ切断ヘッド１の前送りを開始し、これによって加工材料の加工を最小限の加工時間で実施する可能性が開かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機械の実施例の概略図
【符号の説明】
１ レーザ切断ヘッド
２ レーザノズル
３ ノズル開口部
４ レーザビーム
５ 加工材料
６ ガス供給路
７ 切断ガスビーム
８ 電圧源
９ 抵抗測定装置
１０ 測定機器
１１ 抵抗
１２ 前置抵抗
１３ 容量性距離測定装置
１４ コンピュータ援用評価装置
１５ 機械制御部

Claims (4)

1. 導電性加工材料（５）を切断するためのレーザ切断機であって、
   加工される前記加工材料（５）に対してこの加工材料（５）から距離をおいて相対的に運動可能なレーザ切断ヘッド（１）を有し、該レーザ切断ヘッド（１）は少なくとも１つの導電性部分を有し、ならびに、
   切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）を有する、導電性加工材料（５）を切断するためのレーザ切断機において、
   前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）に制御のために結合された抵抗測定装置（９）が設けられ、
   該抵抗測定装置（９）は、一方では前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッド（１）の導電性部分に接続されており、他方では前記加工材料（５）に接続されており、
   前記抵抗測定装置（９）を用いて前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッドの導電性部分と前記加工材料（５）との間の媒質の電気抵抗の値が検出され、
   前記抵抗測定装置（９）は評価装置（１４）を介して切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）に結合されており、
   前記評価装置（１４）は、前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッドの導電性部分の加工材料（５）からの距離を検出するための距離測定装置（１３）に接続されており、
   さらに前記評価装置（１４）は、検出される電気抵抗の値ならびに前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッドの導電性部分の前記加工材料（５）からの検出される距離に依存して、前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）に対する制御信号を発生し、
   前記距離測定装置（１３）によって検出された前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッド（１）の導電性部分と前記加工材料（５）との間の距離がゼロではなく、かつ、前記抵抗測定装置（９）を介して検出される電気抵抗値が正規の切断条件の際の電気抵抗値より所定の基準を越えて低下する場合、前記評価装置（１４）は、切断品質の低下と見なし、前記評価装置（１４）は、前記抵抗測定装置（９）を介して検出される電気抵抗値が正規の切断動作において測定される電気抵抗値に増大するように、前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）に対する制御信号を形成し、該制御信号に基づいて前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）は前記レーザ切断ヘッド（１）と前記加工材料（５）との相対速度及び／又はレーザビーム（４）の出力を低下させることを特徴とする導電性加工材料（５）を切断するためのレーザ切断機。
2. 前記レーザ切断ヘッド（１）は導電性部分として、導電性レーザノズル（２）を有する請求項１記載のレーザ切断機。
3. 導電性加工材料（５）をレーザ切断するための方法であって、
   少なくとも１つの導電性部分を有するレーザ切断ヘッド（１）は加工される前記加工材料（５）から距離をおいてこの加工材料（５）に対して相対的に運動し、
   切断過程のパラメータを制御する、導電性加工材料（５）をレーザ切断するための方法において、
   前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッド（１）の導電性部分と前記加工材料（５）との間の媒質の電気抵抗の値を抵抗測定装置（９）を介して検出し、
   前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッドの導電性部分と前記加工材料（５）との間の、前記電気抵抗測定時点での距離を検出し、
   前記切断過程のパラメータを、前記検出される電気抵抗の値ならびに前記検出される距離の値に依存して制御し、
   前記距離測定装置（１３）によって検出された前記レーザ切断ヘッド（１）または該レーザ切断ヘッド（１）の導電性部分と前記加工材料（５）との間の距離がゼロではなく、かつ、前記抵抗測定装置（９）を介して検出される電気抵抗値が正規の切断条件の際の電気抵抗値より所定の基準を越えて低下する場合、前記評価装置（１４）は、切断品質の低 下と見なし、前記評価装置（１４）は、前記抵抗測定装置（９）を介して検出される電気抵抗値が正規の切断動作において測定される電気抵抗値に増大するように、前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）に対する制御信号を形成し、該制御信号に基づいて前記切断過程のパラメータを制御するための装置（１５）は前記レーザ切断ヘッド（１）と前記加工材料（５）との相対速度及び／又はレーザビーム（４）の出力を低下させることを特徴とする、導電性加工材料（５）をレーザ切断するための方法。
4. 切断過程のパラメータを制御する場合、検出される電気抵抗の値のグループをそれぞれ当該パラメータの値に割り当てることを特徴とする請求項３記載の方法。

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