激光切割頭以及用于借助于激光切割頭切割工件的方法技術

本發明專利技術涉及一種用于借助于工作激光束（14）切割工件（12）的裝置（10、52、56），包括：一個殼體（16），所述工作激光束（14）的光束路徑被引導穿過該殼體，且該殼體具有一個聚焦光學器件（18），用于將所述工作激光束（14）聚焦在所述待被切割的工件（12）上的一工作區域（48）內；一個帶有光源（46）的照射裝置（44），用于所述待被切割的工件（12）的工作區域（48）的非相干照射；一個攝像機（32），同軸耦合進所述工作激光束路徑，用于觀察所述待被切割的工件（12）的工作區域（48）；其中一個對于所述工作激光束（14）基本不可穿透的光學濾波器被布置在觀察光束路徑（22）中，位于所述攝像機（32）前面，且所述裝置（10、52、56）包括一個處理單元（56），被設計為處理來自所述攝像機（32）的圖像數據，以確定由所述工作激光束（14）在所述工件（12）中產生的切割縫（50）的幾何形狀和質量，其中所述光學濾波器是光學帶通濾波器（36），所述照射裝置（44）的光源（46）使得其在所述帶通濾波器（36）的波長通帶內具有一個至少局部發射最大值，以使得所述攝像機（32）能夠記錄所述工作區域（48）的灰度圖像，其中所述工作激光束（14）的反射和所述工件（12）的材料蒸氣的放射被最小化。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】本專利技術涉及一種用于借助于工作激光束切割工件的裝置或激光切割頭，本專利技術還涉及一種用于借助于激光切割頭切割工件的方法。近些年，激光束切割已經發展成制造工業中的一種標準方法。在激光束切割加工中，在聚焦的激光束擊中工件的位置處，工件的材料(一般來說是金屬)被劇烈加熱使得材料熔化或汽化(schmilzt oderverdampft)。在激光束完全穿透工件后,切割加工就可開始。激光束沿著部件輪廓移動，并持續熔化材料。大部分熔化物被氣流從切口向下吹。結果是在次格和剩余格(Teil-und Restgitter)之間形成窄的切割縫。該切割縫幾乎不會比聚焦的激光束本身更寬。在激光升華切割的情形中，輸入的激光功率大到材料完全汽化，因此不再需要將材料從切割縫處吹走。兩種標準的激光束切割方法-氣割(Brennschneiden)和熔化切割-之間形 成區別。氣割主要用于切割結構鋼，氧氣在這里被用作切割氣體。氧氣與加熱的金屬反應，于是加熱的金屬經歷燃燒和氧化。在這種情況下，化學反應釋放的能量是激光能量的五倍，并支持激光束。因此，該方法可被用于切割厚度達到30mm以上的結構鋼。然而，由于燃燒過程會產生切割邊緣，所述切割邊緣一方面會被氧化，另一方面可能具有粗糙表面。通過對比，在第二標準方法——熔化切割——中，氮氣或氬氣被用作切割氣體。在該方法中，切割氣體以通常2到20巴(bar)的壓強被驅動穿過切口。氬氣是惰性氣體。也就是說，氬氣不會與切割縫中熔化的金屬反應，而是僅被向下吹走。同時，氬氣保護切割邊緣免受空氣影響。對于幾乎所有金屬，氮氣也可被用作切割氣體。唯一的例外是鈦，鈦與氧氣和氮氣都劇烈反應，因此使用氬氣切割鈦。熔化切割具有的顯著優勢在于邊緣保持不被氧化，且不再需要被重新加工。然而，僅激光束的能量用于切割，因此僅在切割薄的板時熔化切割的切割速度與氣割的切割速度一樣高。在激光束切割過程中通常使用的是CO2激光器、二極管激光器、NdiYAG激光器、固態激光器或纖維激光器。纖維激光器是一種特殊形式的固態激光器，玻璃纖維的摻雜芯構成活性介質(aktive Medium)。纖維激光器在其端面上具有鏡，該鏡構成一個諧振器并因此能夠控制激光器運行。這些鏡表面包括借助UV光刻在玻璃纖維中的折射率變化，所謂的纖維布拉格光柵(Faser-Bragg-Gittern)。后果是在這些光柵處不產生額外的稱合損耗,且這些光柵選擇性地僅反射預期波長。對于激光活性纖維芯，鉺是最常用的摻雜元素，接下來是鐿和釹。激光的波長彼此幾乎沒有差別，在I. 06μπι (釹)處和1.03μπι (鐿)處。這些纖維激光器的一個顯著優勢在于發出的光波長僅非常少地被玻璃吸收，因此發出的激光可以借助于玻璃纖維從激光裝置中引導至連接的激光切割頭。在已知的激光束切割加工中，當工作激光束擊中工件時產生的材料蒸氣或等離子體的光學發射被檢測，以監控切割過程的質量。因此，例如，發射譜的變化或者等離子體照射的強度是好的或差的激光切割過程的指示。此外，在切割加工期間產生的、待被切割的工件的材料等離子體也可電容性地通過通常與切割噴嘴集成的距離傳感器被獲取和評估。光電二極管被用在激光切割過程的光學評估中，所述光電二極管在沒有空間分辨率的情況下(ortsaufgelost )捕獲加工照射(Prozessleuchten)并評估該加工照射。DE 19852302A1描述了一種用于使用高能量輻射來加工工件的方法和裝置。在該情形中，工件中形成的焊縫是采用投射在工件上的光線監控的，不同的焊縫的幾何形狀一例如凹口、焊縫斜坡、焊縫凸出或焊縫孔一形成不同的光外形(Lichtverlaufen)。在這種情況下，該光切割裝置將形狀為側向圓錐曲面的光芒(Lichtfacher )投射在工件上，圓形光線被布置為圍繞加工束。傳輸速率從內向外上升的專用濾波器可被用于測量光線。因此，僅少量的光在半徑的中點附近穿透，也就是說，來自加工區域的明亮的光輻射被屏蔽，而在大的半徑時，存在較高的傳輸速率，使得相對暗的測量光也可被檢測到。此外，可使用濾色器，根據半徑，對于不同的光波長，該濾色器的傳輸速率的大小不同。DE 102004041935A1描述了一種用于觀察激光加工工藝的裝置，以及用于調節該激光加工工藝的裝置。在激光加工期間，借助于一個交互區中的聚焦鏡，工作激光束聚焦在工件上。為了使得工件的表面在交互區的區域中以同軸方式穿過光束路徑以好的質量成像，所述裝置包括一個輻射靈敏接收器裝備和一個觀察鏡，該觀察鏡將來自交互區的區域、與工作光束路徑退耦的輻射引導至該接收器裝備上，所述觀察鏡基本具有與聚焦鏡相同的成像屬性。DE 102005024085A1描述了一種用于監控激光加工過程和激光加工頭的裝置。為了獨立于過程記錄加工過程的質量，監控裝置包括一個輻射靈敏接收器裝備，該輻射靈敏接收器裝備具有一個輻射靈敏接收器和一個攝像機，用于從激光束和工件之間的交互區的區域中獲取輻射。所述裝置還包括一個成像裝置和一個評估電路，該成像裝置將待被觀察的區域從交互區的區域成像至所述接收器裝備，所述輻射靈敏接收器和所述攝像機的輸出信號同時供應至所述評估電路，且所述評估電路處理所接收的接收器裝備的輸出信號，從而就其本身而言，供應表征激光加工過程的進程的輸出信號。DE 10120251A1描述了一種用于監控待在工件上執行的激光加工過程的方法和傳感器裝置，以及一種具有這種傳感器裝置的激光加工頭。在用于監控待在工件上執行的激光加工過程的方法中，為了確保質量，借助空間解像(ortsauf Iosenden)接收器設備選擇在激光束和工件之間的交互區的區域中的一個特定觀察區。借助于輻射靈敏接收器，獲取到來自所選擇的觀察區的輻射，所述輻射靈敏接收器供應對應于所獲取的輻射的電信號，且所述電信號在信號處理電路中被濾波，以檢測獲取的輻射的強度中的快速和/或慢速的干涉引起的變化，這樣的結果是能夠檢測到激光加工過程中的干擾。DE 3926859A1描述了一種用于借助于激光輻射來加工工件的方法和裝置。為了以簡單方式實現受控方法而不會超過臨界溫度(例如工件材料的汽化溫度)，使用一個輻射檢測器測量由加工點釋放的熱輻射，并借助所述熱輻射監控一個上限溫度作為預定溫度范圍的上限值以及一個下限溫度作為所述溫度范圍的下限值。此外，當達到上限值時，激光輻射被關閉，且當達到下限值時，激光輻射被再次開啟。WO 2009/047350A1描述了一種用于監控激光鉆孔方法的系統和方法。該系統包括一個照射源和一個處理單元。該照射源照射待借助于激光鉆孔裝置而被加工的工件的鉆孔區域，并收集來自照射源的、在鉆孔過程中被鉆孔區域反射的光。通過收集反射光，處理單元可確定鉆孔操作終止的時刻。CCD或CMOS攝像機被用于收集工件所反射的光。所述照射裝置被橫向布置在激光鉆孔頭的旁邊，以照射鉆孔。DE 102005010381A1描述了一種用于在借助于加工束(尤其是借助于激光束)加工工件期間測量材料的相界面的方法，以及一種被設計執行所述方法的裝置。在該方法中，在加工期間，一個包括加工束擊中在工件上的加工區以與加工束至少近似同軸的方式被光輻射額外地照射。加工區反射的輻射借助光學檢測器以平行于光學輻射的入射方向的方式、或者以與光學本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：B·舒曼，英格·斯托克·格南特·沃斯伯格，
申請(專利權)人：普雷茨特兩合公司，
類型：
國別省市：