激光加工設備及運行控制這樣一個激光加工設備的方法技術

本發明專利技術涉及激光加工設備，它具有激光加工頭（１），其中該激光加工頭包括：殼體（２）；噴嘴（３），該噴嘴具有一個帶有用于激光束（５′）的射出口（１５）的中央的貫穿通道（１４）及一個加工氣體通道（１６）；及聚焦鏡組（６），該聚焦鏡組使激光束（５′）穿過中央的貫穿通道（１４）及射出口（１５）聚焦在一個設置在殼體（２）之外的工作焦點上；該激光加工設備還具有：加工氣體輸送裝置，傳感器電極（３），用于電容式地測量噴嘴（３）與工件（７）之間的距離，及與所述傳感器電極（３）相連接的、用于電容式的距離調節的裝置（２５，３４）。此外，本發明專利技術還涉及運行控制這樣一個激光加工設備的方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于借助激光束加工工件的、具有激光加工頭的激光加工設備以及一種用于運行控制這類激光加工設備的方法。
技術介紹
在借助激光束同時使用加工氣體、即保護氣體或切割氣體或類似物的情況下加工工件時，為了調節焦點位置，通常以電容式的方式來檢測工件與激光加工頭之間的距離，在該激光加工頭中存在一個鏡組、例如一個用于聚焦激光束的反射鏡或透鏡鏡組。在這個技術中，可以在激光加工頭的噴嘴的噴嘴體的尖部上使用一個例如由傳導的金屬、例如銅制作的傳感器電極作為一個電容器的電極，以便檢測相對于作為該電容器的第二電極使用的工件的距離變化來作為電容變化。在此，噴嘴一方面用來保護聚焦鏡組免受污染，另一方面用來將加工氣體輸送到激光束與工件之間的相互作用區域，為此，該噴嘴具有一個或多個相應的加工氣體通道。在實際中，傳感器電極的可靠的觸電接通通常是個問題，因為激光加工頭上的熱負荷及振動導致傳感器電極與噴嘴體之間的連接的松動。在激光加工頭上，傳感器電極經常只與通到求值電子裝置的連接機構觸電接通。此時通常用陶瓷部件使傳感器電極相對于激光加工頭絕緣。在實施這種電容式的距離測量時，激光加工頭的其余部分至少對于較高頻率的、為了測量所使用的交流電壓處于接地電位。如果傳感器電極與求值電子裝置的電連接被中斷，則由該求值電子裝置測得一個過小的電容，于是該求值電子裝置試圖又增大電容，其方式是，它使激光加工頭在朝工件的方向上運動。因此存在激光加工頭與工件可能相碰撞的危險，這可造成激光加工頭或機械傳動軸的顯著的損壞。由DE 42 01 640 C1公開了一個裝置，當傳感器電極松動時，該裝置識別這個狀態并產生一個警告信號。為此目的，給原來的電容測量信號疊加一個直流電壓，由此產生一個流經傳感器電極的直流電流。該直流電流的中斷被考慮作為傳感器電極松動或脫離的標志。然而在這種監測方式中要求傳感器電極與兩個導線相連接，這在實際中意味著顯著的結構上的額外花費且在噴嘴體的一定的結構形式中是不可能的。由JP 05-84589公開一個用于激光加工頭的噴嘴裝置，在這個裝置中，一個切割噴嘴在排出側具有一個錐形地逐漸收縮的區段。圍繞著一個內噴嘴體設置有一個外噴嘴套管，該外噴嘴套管的排出口具有一個比該內噴嘴體中的激光貫穿通道的排出口的直徑大的直徑。在內噴嘴體與外噴嘴體之間，或者設置有一個錐形的環形縫隙通道，或者設置有多個圍繞所述激光貫穿通道而設置的加工或切割氣體通道。不僅該環形縫隙通道而且所述各個通道在此在內噴嘴體的排出口外部都通入到外噴嘴體的排出口中。在激光加工頭運行中，切割氣體不僅通過激光貫穿通道而且通過切割氣體通道被導到激光束與工件之間的相互作用區域的范圍中。由EP 0 741 627 B1公開了另一個用于激光束切割的噴嘴裝置，該噴嘴裝置具有一個與經聚焦的激光束相匹配的、包圍該激光束的、具有一個用于激光束的穿通孔的、截錐狀的噴嘴體。該噴嘴體由一個噴嘴套管同心地包圍并且與這個噴嘴套管形成一個環形縫隙。該噴嘴套管具有一個與氣體源相連接的環形縫隙的、與該穿通孔同軸心的、用于切割氣體束的射出孔。在此，該射出孔在工件側設置在穿通孔前并且設置有一個比該穿通孔的直徑大的直徑。不僅在沖量方面而且在質量方面應這樣地實現盡可能小的流動損失，即射出孔的射出橫截面大致與環形縫隙過渡到射出孔的過渡橫截面相同。
技術實現思路
本專利技術的任務是提供開始所述類型的另一個激光加工設備以及用于運行控制該激光加工設備的方法，其中尤其可保證簡單且可靠地監測用于電容式的距離測量的傳感器電極的功能正常性，該傳感器電極安裝在帶有加工氣體輸送機構的噴嘴上。本專利技術的任務通過激光加工設備以及用于運行控制該激光加工設備的方法來解決。本專利技術的優選構型及進一步構型從下述技術方案中得到。根據本專利技術的激光加工設備具有-一個激光加工頭，該激光加工頭包括-一個殼體，用于激光束的工作光路穿過該殼體；-一個在激光束的射出區域中被設置在該殼體上的噴嘴，該噴嘴具有一個帶有用于激光束的射出口的中央的貫穿通道及一個加工氣體通道，該加工氣體通道的排出口與該貫穿通道的射出口同軸心；-以及一個聚焦鏡組，該聚焦鏡組使激光束穿過中央的貫穿通道及射出口聚焦在一個設置在殼體之外的工作焦點上；-該激光加工設備還具有一個加工氣體輸送裝置，用于將加工氣體輸送通過所述加工氣體通道到激光束與工件之間的相互作用區域，-一個被保持在殼體上的導電的傳感器電極，用于電容式地測量噴嘴與工件之間的距離，該激光加工設備具有一個與該傳感器電極相連接的距離調節裝置，用于監測傳感器電極的功能正常性。該距離調節裝置在此優選包括一個用于存儲一個所期望的最小的測量電容(Messkapazitt)的電子存儲器、一個用于使加工工件時所測得的當前的電容與所存儲的最小的電容進行比較的比較電路及一個與該比較電路的輸出端相連接的指令信號發生器，該指令信號發生器在該當前的電容小于所存儲的電容時產生一個指令信號。根據本專利技術，用于運行控制這樣一個激光加工設備的方法包括以下步驟-將傳感器電極安裝在激光加工頭上，-將激光加工頭相對于工件以這樣一個距離定位，該距離對應于一個所期望的最小的測量電容，-測量這個最小的電容并將測量值存儲在一個存儲器中，-將一個在加工工件時所測得的當前的電容與所存儲的最小的電容進行比較，-當該當前的電容小于所存儲的最小的電容時，產生一個指令信號。有利的是，用于電容式的距離調節的裝置構造成電子電路，該電子電路可以在一個校準運行方式與一個通常運行方式之間轉換。有利的是，該電子電路被這樣地構造，使得該電子電路-在校準運行方式中在接收到一個校準信號時存儲一個可預給定的最小的電容測量值，及-在通常運行方式——在該通常運行方式中激光加工頭以一個相對于工件的預定的距離被操作——中，將一個當前所測得的電容與所存儲的電容測量值相比較并且在該當前的電容測量值小于所存儲的電容測量值時產生一個指令信號。有利的是，該電子電路具有一個用于產生校準信號的開關。有利的是，所述貫穿通道在激光束方向上在加工氣體輸送通道通入口前具有一個直徑小于射出口的直徑的節流區段。因此，本專利技術基于這樣的構思在對于一個帶有加工氣體輸送部分的激光加工頭進行電容式的距離調節時，將傳感器電極與激光加工頭之間的雜散電容(Streukapazitt)部分考慮作為傳感器電極與求值電子裝置之間的功能正常的連接的標志。為此，激光加工頭運動到一個位置上，在這個位置上例如激光加工頭與工件之間存在最大可能的距離。但是該距離也可以是這樣的距離，該距離是在激光加工頭在兩個加工區域之間移動時所占據的距離或大于這個距離。然后在當前的位置上或在當前的距離下測量傳感器電極與工件之間的電容，并且將這個測量值存儲在求值電子裝置中作為最小的電容測量值。這個最小的電容測量值只有當由于傳感器電極的失落(Verlust)而失去它的接觸時，或者當傳感器電極松動并由此使傳感器電極與激光加工頭之間的距離增大時，才會被低于。通過各當前所測量的電容與事先所存儲的最小的電容的比較，則可為設置在上級的機器控制裝置產生例如一個警告信號并且通過該警告信號來停止加工過程，由此避免激光加工頭的損壞。上述錯誤狀態可以在傳感器電極從激光加工頭脫離的情況下，不僅在通過切割、焊接等來加工工件時，而且當激光加工本文檔來自技高網...

【技術保護點】
激光加工設備，它具有　　　　－一個激光加工頭（１），用于借助激光束（５′）加工工件（７），其中該激光加工頭（１）包括：　　　　－一個殼體（２），用于激光束（５′）的工作光路（５）穿過該殼體；　　　　－一個在激光束（５′）的射出區域中被設置在殼體（２）上的噴嘴（３），該噴嘴具有一個帶有用于激光束（５′）的射出口（１５）的中央的貫穿通道（１４）及一個加工氣體通道（１６），該加工氣體通道的排出口（１７）與該貫穿通道（１４）的射出口（１５）同軸心；　　　　－以及一個聚焦鏡組（６），該聚焦鏡組使激光束（５′）穿過中央的貫穿通道（１４）及射出口（１５）聚焦在一個設置在殼體（２）之外的工作焦點上；　　　　－該激光加工設備還具有：一個加工氣體輸送裝置，用于將加工氣體輸送通過所述加工氣體通道（１６）到激光束（５′）與工件（７）之間的相互作用區域，　　　　－一個被保持在殼體（２）上的導電的傳感器電極（３），用于電容式地測量噴嘴（３）與工件（７）之間的距離，及　　　　－一個與所述傳感器電極（３）相連接的、用于電容式的距離調節的裝置（２５，３４）。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：格奧爾格施珀爾，貝爾特許爾曼，
申請(專利權)人：普雷茨特兩合公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]