[發明專利]用求取過程輻射強度刺鉆切金屬工件的方法和加工機器

有效

• 申請號: 201380055270.6
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN104781036B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: M·施皮斯;M·布拉施卡
• 申請（專利權）人: 通快機床兩合公司
• 主分類號: B23K37/02
• 分類號: B23K37/02;B23K37/04;B23K26/08;B23K26/36;B23K26/38
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 曾立

技術領域

本發明涉及一種用于以激光加工過程對金屬工件進行穿刺、鉆孔或者切割的方法以及一種用于執行該方法的加工機器。

背景技術

在利用激光射束穿刺、鉆孔和切割到金屬工件材料中的情況下、尤其在利用氧氣作為過程氣體支持該加工過程的情況下，可能出現自發式、通常不期望的材料去除過程。在穿刺的情況下，自發式材料去除可能如此劇烈，使得去除掉不可接受的大顆粒量。此外，在激光加工機器中，自發式材料去除可能會導致污染、損傷或者甚至毀壞靠近加工過程的光學元件和加工噴嘴。

在JP?2003251477?A中描述了用于產生孔的激光加工裝置和激光加工方法，該激光加工裝置和該激光加工方法構造用于，直接在錯誤孔的產生之后識別出錯誤。為此，分支出一部分脈沖式加工激光射束。經分支的分射束的脈沖能或脈沖功率被積分并且將積分的值與用于產生孔所需的預給定的許可能量水平相比較。

在JP?8010976?A中描述了一種用于穿刺到工件中的方法，其中，探測工件上反射的輻射強度并且與閾值相比較，以便決定是否結束該穿刺過程。

由DE?3926859?A1、DE?4336136?A1、EP?0470583?B1、JP?06091384?A和JP?06246466?A已知，通過測量從工件發出的(過程-)射束來探測自發式材料去除過程(blow?up)的出現和/或穿刺過程的結束。在這些文獻中建議，通過將連續地探測的光線量與事先確定的基準值或者極限值相比較來探測所出現的不期望的過程狀態。在超過極限值時，可以通過控制該加工機器來改變加工參數，以便防止自發式材料去除。在明顯超過極限值時停止加工。

在此致力于，將用于穿孔或鉆孔所需的時間盡可能保持很短，以便提高激光加工機器的生產率。但是這個時間在沒有顯著降低穿孔質量的情況下并不能夠任意地縮短，因為在引入過多能量的情況下會導致上述的自發式材料去除過程。

發明內容

本發明的任務在于，提供一種方法和一種加工機器，該方法和該加工機器能夠實現在激光加工過程期間在穿刺、鉆孔或者切割工件時對自發式材料去除過程進行探測并且尤其監控。

本發明的第一方面涉及一種開頭提到類型的方法，其包括以下步驟：使脈沖式激光射束聚焦到工件上的加工位置上；檢測從加工位置發出的過程輻射；求取到這樣的時間點，在該時間點上，在脈沖式激光射束的激光脈沖后跟隨有脈沖間歇；求取到在脈沖間歇期間的多個相繼跟隨的時間點上的過程輻射強度；多次確定在各兩個相繼跟隨的時間點之間的過程輻射強度梯度并且將該梯度與梯度閾值相比較；如果用上述方式所確定的梯度超過了閾值的次數處于預給定的極限值以上時，則探測工件上的自發式材料去除。

由工件上的加工位置所求取到的過程輻射(該過程輻射的波長典型地處于紅外波長范圍內)在激光加工過程期間連續地或準連續地(即以例如約100毫秒的數量級的高掃描率)在相繼跟隨的測量點上被檢測或者被確定其強度。

時間區間精確的開始時間點和結束時間點(在該時間區間中，脈沖間歇跟隨在激光脈沖之后)典型地依據激光控制裝置的激光參數來求取，該激光控制裝置預給定了脈沖式激光射束的脈沖頻率以及占空比。在脈沖間歇期間(即周期持續時間的這樣的子區間：在該子區間內，激光射束不作用于工件)，過程輻射的強度具有衰減特性，依據該衰減特性能夠得出關于激光加工過程的瞬時穩定性或非穩定性的結論。

如果過程輻射強度在時間上的走向不遵循由引入的激光功率所決定的確定性，則這是一個提示：即該過程達到了一定程度的固有動態，也就是說，出現了自發式、爆炸式的材料去除。如果探測到這種自發式材料去除，則可以影響該激光過程，以便使加工過程穩定。但是，為了減少穿刺時間也可以的是，有針對性地如此控制該激光加工過程，使得出現自發式材料去除，如同下面還要詳細解釋的那樣。

過程輻射強度的梯度是針對衰減特性的尺度并且在穩定的(或者說非臨界的)激光加工過程時在脈沖間歇中理應假定足夠大的(負的)值。在此，過程輻射強度的梯度準連續地通過在直接相繼跟隨的兩個掃描時間點(或者說測量時間點)所測得的過程輻射強度的差值形成來確定。掃描時間點典型以例如100μs的(恒定的)時間間隔。如果以上述方式求取到的梯度多次地、即超過多個掃描時間點仍未取得足夠大的負的值(梯度閾值)，則識別出臨界的材料去除。也就是說，對(負的)閾值的超過的頻度進而超過的持續時間是用于臨界的材料去除的特征。