用于创建NC控制程序的方法

摘要

本发明涉及一种用于创建NC控制程序(SP)的方法，该NC控制程序用于控制测试运行来确定、优化和/或保护激光加工机(3)上的加工过程的加工参数(BP1、BP2)和/或调节参数，所述方法包括以下步骤：提供NC基本程序(GP)，所述NC基本程序包括至少一个要在所述测试运行中产生的测试轮廓的至少一个轮廓变量(KV)以及至少一个用于对所述轮廓变量(KV)进行赋值的决策函数(EF1)，提供选择函数(AF)用于通过操作人员选择表示所述加工过程的特征的输入值(EW)的组合，以及通过自动地执行所述决策函数(EF1)以根据所选择的所述输入值(EW)的组合对所述轮廓变量(KV)进行赋值来由所述NC基本程序(GP)创建所述NC控制程序(SP)。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于创建NC控制程序的方法，所述NC控制程序用于控制一个用于确定、优化和/或保护激光加工机上的加工过程的加工参数和/或调节参数的测试运行，本发明还涉及一种用于实施所述方法的计算机程序产品。

背景技术

对于激光加工机，在制造商的开发部门、培训部门和展示部门中，在售后服务时或者通过用户需要用于确定加工参数和/或调节参数的测试，因为这些参数可能会随着所选择的加工任务而剧烈变化。

因此，可以借助激光加工机加工不同的材料，例如结构钢(未覆层的、电解的或者热镀锌的)、不锈钢或者铝。根据待加工的工件的材料和厚度可以例如在激光切割时使用不同的切割方法(氧气切割、氮气高压切割、氮气/氧气/压缩空气高速切割、压缩空气切割或者等离子支持的切割)。根据原料、工件厚度和切割方法，必须考虑不同的技术边界条件，例如，起动时的穿孔和起动方法、几何临界值和轮廓大小、最小圆角半径或者与相邻部分的距离。此外，激光加工机可以装配有不同功率的激光器。

只有在准确地考虑视材料种类、材料厚度和切割方法变化的边界条件的情况下才能够获得过程可靠并且高质量的加工结果。因此，为了在考虑应遵循的边界条件的情况下控制借助激光加工机的材料加工，对于每种激光类型必须已知或者必须确定不同的参数数据组。这种数据组通常包括加工参数和调节参数。加工参数例如包括焦点位置、激光功率、气体压力和行进速度并且包含用于不同轮廓大小的过程可靠的穿孔、切割的(数)值、用于标记的(数)值、用于粒化的(数)值、用于烧蚀的(数)值和用于焊接的(数)值。调节参数根据待实施的加工定义了：在何种条件下应当做什么，即在控制程序中调用哪些加工参数以及应当遵守哪些几何边界条件(例如与工件厚度相关的起动长度、轮廓的拐角处所需的圆角半径、最小许用轮廓等等)。

在确定或检验这些用于控制激光材料加工的数据组时提出以下任务：在考虑调节参数的情况下确定和优化用于不同加工类型(如穿孔、切割、标记、粒化、烧蚀和焊接)的适当的加工参数(例如焦点位置、切割气体压力、激光功率、扫描频率等等)；确定调节参数；在机器持续运行中保护用于不同加工类型的加工参数和调节参数；以及在使用用于不同加工类型的加工参数的情况下产生与产品接近的测试部件。所述方法过程必须在制造前、即已经由加工过程确保：可用的加工参数、待加工的材料和机器状态的共同作用可以实现过程可靠的生产。

通常，所述任务由机器操作人员实施，这些机器操作人员根据其经验创建合适的测试程序，这些测试程序随后由激光加工机执行。为此，对于每个任务和每个待加工的材料编制自己的控制程序。这种操作方法是非常耗费时间的，并且由不同操作人员进行的统一操作仅仅可以通过高的文档成本和信息成本确保。

在JP 04070908A中描述了一种用于激光加工机的自动化编程装置，其中设有一个知识数据库，在所述知识数据库中存放了关于激光加工的专家知识。决策函数借助所述专家知识确定优化的加工参数，这些加工参数被传递给用于产生NC程序的函数。操作人员可以通过对话函数向知识数据库填充专家知识。

由JP 2002239760A公开了一种方法和一种装置，其中确定优化的加工参数，其方式是，以试验方式确定除加工速度以外的加工参数。随后，在恒定的加工参数下改变加工速度，以便确定在所述加工参数下可能的加工速度的值域。在改变加工参数的情况下重复所述过程，直到找到优化的加工参数，在所述优化的加工参数下用于加工的加工速度是最大的。

由JP 07001286A公开了一种编程方法，其中，向操作人员提供用于选择特定于加工过程的输入值的组合的选择函数。根据所述输入值(例如加工类型)借助于参数数据组做出关于加工过程的优化加工参数的自动决策。

JP 03230878描述了一种用于自动地确定激光束的输出条件、例如激光束的功率和脉冲频率以及用于确定支持激光加工的气流的气体压力的方法和装置。为此，从NC加工程序中读取诸如材料种类和材料厚度的参数值以及确定所属的参数数据组。随后，由参数数据组根据同样从NC加工程序中读取的加工速度确定输出条件和用于激光加工的气体压力。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种开始部分所述类型的方法，在所述方法中，可以根据少量特定于加工过程的输入值自动地创建用于测试运行的NC控制程序，所述NC控制程序与加工过程的给定技术条件相匹配。

根据本发明，所述任务通过开始部分所述类型的方法解决，所述方法包括以下步骤：提供一个NC基本程序，其包括至少一个要在测试运行中产生的测试轮廓的至少一个轮廓变量以及至少一个用于对该轮廓变量进行赋值的决策函数；提供用于通过操作人员选择表示加工过程特征的输入值的组合的选择函数，以及通过自动执行所述决策函数以根据所选择的输入值的组合对轮廓变量进行赋值来由NC基本程序创建NC控制程序。

借助于根据本发明的方法，在机器操作人员在对话引导的选择中选择输入值的组合之后，在激光加工机的机器控制装置中通过执行决策函数根据所选择的输入值自动地确定轮廓变量获得哪些值，以便产生用于测试运行的、在技术上适当的切割轮廓。例如测试轮廓的类型(例如回曲形、用于厚材料的单个正方形、用于快速切割的长孔回曲形等等)可以作为轮廓变量，根据诸如材料种类、材料厚度、气体种类和/或切割方法的输入值通过决策函数以适当的值对所述轮廓变量进行赋值。这些适当的值可以直接包含在NC基本程序中，或者决策函数可以为此与轮廓参数数据表链接，决策函数从所述轮廓参数数据表中获取这些值。

在一个优选的变型方案中，NC基本程序包括至少一个调节参数变量和/或加工参数变量，根据所选择的输入值组合以在技术上适当的值对它们进行赋值。优选地，用于加工参数和调节参数的、在技术上适当的值存储在数据表中，其中，对于输入值的每一个可能的组合在机器控制中储存各一个用于加工参数和用于调节参数的数据表。对于参数的赋值，NC基本程序可以直接根据输入值的选择与正确的数据表链接，并且数据表中的值可以被读入到NC基本程序中。

在一个优选的扩展方案中，NC基本程序包括至少一个另外的决策函数，其在创建NC控制程序时自动地执行以对调节参数变量和/或加工参数变量进行赋值。在此情形中，与轮廓变量的赋值类似地借助于NC基本程序中的决策函数实现调节参数变量和加工参数变量的赋值。

在一个优选的变型方案中，通过NC基本程序与参数数据表的链接(尤其是经决策函数)以及从参数数据表中读取所述值来实现对轮廓变量、加工参数变量和/或调节参数变量进行赋值。数据表优选保存在一个或多个数据库中，所述数据库充当控制装置的知识存储器并且可以独立于用于数据确定/数据保护的测试运行的NC控制程序地也被用于要实际生产的部件的其他控制程序使用。

优选地，从包括材料种类、材料厚度、加工气体的气体种类、激光加工机的加工头中的光学聚焦系统的焦距、加工头上的加工喷嘴的喷嘴直径和加工类型(穿孔、氮气切割、氧气切割、氮气高压切割、氮气/氧气/压缩空气高速切割、压缩空气切割、等离子支持的切割、标记、粒化、烧蚀、焊接等等)的组中选择输入值。因此，输入值定义了应当以哪种方式加工哪种材料。

从包括轮廓类型、轮廓大小、轮廓间距、轮廓圆角半径、起动距离长度和起动方向的组中选择轮廓变量。根据所选择的输入值通过NC基本程序中的决策函数自动地以技术上适当的值对轮廓变量进行赋值。即确定轮廓的类型(例如回曲形、封闭的正方材或者仅仅一个穿孔)、一个或多个轮廓的大小、各个轮廓或轮廓部分的间距或密度、轮廓中拐角的所需圆角半径、穿孔点到轮廓的起动路径长度和起动方向。

从包括激光功率、焦点位置、加工速度、扫描频率、加工气体压力、激光束直径和喷嘴距待加工的工件的距离的组中选择加工参数变量。

调节参数根据所选择的加工类型剧烈变化并且包括例如取决于材料厚度的可切割轮廓的最小面积，取决于材料厚度的轮廓拐角处的最小圆角半径，穿孔、起动或者切割等时激光功率变化的确定。

在一个特别优选的变型方案中，在NC控制程序中设有至少一个用于在产生测试轮廓前加热或者冷却激光加工机的射束引导光学系统的控制指令。尤其是在例如高于3kW的高激光功率时，应当考虑材料加工时激光加工机的光学元件的热状态。尤其是在此情形中有利的是，既在光学元件的冷状态中也在光学元件的热状态中实施参数的确定和保护，为此NC控制程序扩展一个程序部分，在所述程序部分中确定激光加工机的加热时间和冷却时间。如果在光学元件的热状态中进行应用，则在真正的测试轮廓加工前在工件(板材)旁边执行预热运动，其中，以在预热后待实施轮廓加工时所需的激光功率开启激光束。如果在冷状态中进行应用，则事先典型地等待一停留时间，在所述停留时间中激光束不开启。

特别优选地，以在测试运行期间变化的值的带宽对加工参数变量和/或调节参数变量中的至少一个进行赋值，其中，优选以一个固定的值对轮廓变量进行赋值。对于加工参数和/或调节参数的确定和优化，在此情形中不以一个固定的值而是以可能值的带宽对所述变量中的至少一个进行赋值。这导致，在执行NC控制程序时进行所述参数的改变，即可以在轮廓参数恒定的情形下在相同的条件下以变化的参数切割、标记或者烧蚀相同的测试轮廓，这对于确定优化的参数是有利的。例如起始值和停止值以及合适的步长可以用于确定带宽。

在一个特别优选的变型方案中，以多个在带宽上分布的、在测试过程中变化的值对轮廓变量中的至少一个进行赋值，其中，优选以一个固定的值对加工参数变量和/或调节参数变量进行赋值。在此情形中，保护已经确定和优化的加工参数和/或调节参数，其方式是，在执行NC控制程序时切割不同形状的轮廓或者具有不同大小和不同面积的相同形状的轮廓或者在角上具有不同圆角半径的相同轮廓，等等。这样例如可以在具有调节参数和加工参数的固定赋值的保护持续运行中切割很多不同形状和大小的轮廓，其中，通过由决策函数自动地确定轮廓间隔来确保工件(典型地，板材)的优化轮廓赋值。此外，可以确定最小可切割面积和圆角半径作为调节参数。

优选地，设有一个用于操作人员的以下操作中的一个或多个的处理函数：处理对轮廓变量、加工参数变量和/或调节参数变量的赋值；选择以多个在带宽上变化的值对其进行赋值的轮廓变量、加工参数变量和/或调节参数变量；以及由操作人员处理参数数据表。以此方式，机器操作人员可以定义测试任务并且人工地影响在NC控制程序中被赋值的轮廓变量、调节参数变量或者加工参数变量。此外，机器操作人员可以将通过以上方式确定的优化参数存储到用于调节参数和/或加工参数的参数数据表中。

特别优选地，选择函数和处理函数实现在操作界面上的同一对话函数中。操作界面可以设在激光加工机的操作台上，并且使机器操作人员能够控制测试运行以及将在测试运行时确定的参数值保存到所属的数据表中。

本发明的另一方面在计算机程序产品中实现，所述计算机程序产品具有代码单元，这些代码单元适用于当程序在数据处理设备上运行时实施以上所述用于创建NC控制程序的方法的所有步骤。计算机程序产品可以优选地实现为具有以上所述函数的软件。激光加工机的控制单元可以充当用于运行软件的数据处理设备，其也提供操作界面。

本发明的其他优点由说明书和附图得出。同样可以单独应用以上所述的和以下仍将提及的特征本身或者可以应用这些特征中多个特征的任意组合。所示出和所描述的实施方式不应理解为是穷举的，而是具有用于描述本发明的示例性特征。

附图说明

图1：根据本发明的、用于创建用于控制激光加工机的测试运行的NC控制程序的方法的变型方案的流程图，

图2a-c：在测试运行中通过激光切割产生的、作为用于确定优化的加工参数的测试轮廓的回曲形(图2a)、正方形(图2b)和长孔(图2c)的示意图，

图3a-d：在测试运行期间在穿孔、起动和切割圆形时的测试轮廓的示意图，

图4a、b：用于确定调节参数的测试轮廓的示意图，

图5：用于保护参数数据组的测试轮廓的示意图。

具体实施方式

图1示出用于自动地创建用于控制测试运行的NC控制程序的方法的变型方案的流程图，所述测试运行用于确定或优化激光加工机上的加工过程的焦点位置和加工速度。

该方法在第一步骤100中开始之后，在第二步骤101中提供一个NC基本程序GP，该NC基本程序包含一个用于要在测试运行中产生的测试轮廓的轮廓变量KV。在当前示例中，轮廓类型、即要产生的测试轮廓的类型(其包括预先给定数量的轮廓形状，例如回曲形、正方形、三角形、矩形、长孔回曲形等等)充当轮廓变量KV。一个决策函数EP1与该轮廓变量KV相对应，并且用于轮廓变量KV的赋值，即，从预先给定数量的轮廓形状中选择一个轮廓形状，如以下详细示出的那样。

此外，NC基本程序GP包括第一加工参数变量BV1“焦点位置”以及第二加工参数变量BV2“加工速度”。第二和第三决策函数EF2、EP3与这两个加工参数变量BV1、BV2相对应并且同样用于这两个加工参数变量的赋值。

根据表示加工过程的特征的输入值EW的组合对轮廓变量KV以及加工参数变量BV1、BV2进行赋值，所述输入值EW的组合在随后的步骤102中由操作人员在激光加工机3的操作台2的操作界面1上选择，所述操作界面1为此提供一个具有选择函数AF的对话函数DF。属于所述输入值EW的有待加工的材料种类、材料厚度、加工气体的种类、光学聚焦系统的焦距、喷嘴直径和加工类型(例如穿孔、切割、标记、粒化、烧蚀、焊接等等)。在当前情形中，由操作人员选择约1至12mm的薄材料，在所述材料上作为加工过程应当实施切割过程。此外，操作人员在对话函数DF中借助于处理函数BF确定：加工参数变量BV1和BV2应在值的带宽上变化。

在用于自动地创建NC控制程序SP的下一步骤103中，在NC基本程序GP中基于输入值EW的组合通过决策函数EP1以在技术上适当的测试轮廓作为轮廓参数KP对轮廓变量KV进行赋值，在当前示例中用于在图2a中示出的、具有较小厚度的、带有回曲形结构11a-e的工件10。

以相同的方式，以适当的轮廓参数对诸如测试轮廓大小(材料越厚或者切割速度越高，轮廓越大)、测试轮廓密度(材料越厚，相邻轮廓部分的间距越大)、轮廓间距、轮廓圆角半径、起动距离长度和起动方向的(在图1中未示出的)其他轮廓变量进行赋值。

对加工参数变量BV1、BV2进行赋值，其方式是：所属的决策函数EF1、EF2从与其相链接的加工参数表BT中读取在技术上适当的加工参数BP1、BP2。在此情形中，对于加工参数变量BV1、BV2的赋值，也就是说对于参数优化，从由操作人员接受的或者可以通过处理函数BF改变的加工参数表BT中读取标准值和待测试的值域。因此，以用于加工参数变量BP1、BP2的值的带宽对加工参数变量BV1、BV2进行赋值，这些值在测试运行期间变化。在此情形中，在测试运行期间在每个时刻以恰好一个加工参数BP1、BP2对加工参数变量BV1、BV2进行赋值，其中，所述赋值在测试运行期间阶段性地改变。

以值的带宽对用于焦点位置的第一加工参数BP1进行赋值的测试过程是有利的，因为在材料加工中焦点位置必须能够在标准焦点位置周围以一定的限度变化，而过程可靠性或者加工质量在此不会明显下降。在图2a中示出如何对工件10实施这种焦点位置带宽接收(Fokuslagebandbreiten-aufnahme)，其方式是：在回曲形11a-e中的每一个上分别以不同的焦点位置切割六个相同的测试轮廓区段12.1至12.6，其中，在测试轮廓区段12.1至12.6之间自动地进行焦点位置的变化，其中，其余加工参数以及轮廓参数保持恒定。

对于诸如激光功率、扫描频率、喷嘴间距、切割速度、气体压力和激光射束直径的其他切割参数也可以实施这种值变化。在图2a中，例如在测试运行时在单个回曲形11a-e之间分别使作为第二加工参数BP2的加工速度变化，更确切地说，使起始于第一回曲形11a时的1m/min的加工速度每次提高0.2m/min。通过两个加工参数BP1、BP2在测试运行期间沿两个不同的加工方向X、Y的变化，由此可以在同一工件10上使两个加工参数BP1、BP2同时在带宽上变化。

因为在激光具有高于约3kW的额定功率时必须在材料加工时考虑激光加工机的光学元件的热状态，所以既要在光学元件的冷状态中也要在光学元件的热状态中实施参数变化。如果作为输入值EW由操作人员选择具有相应功率的激光，则可以在下一步骤104中在NC控制程序SP中额外地设置一个程序部分P，在所述程序部分P中确定激光加工机3的加热时间和/或冷却时间。这样例如可以在图2a的工件10上分别以相同的加工速度切割两个相继作为测试轮廓产生的回曲形11a-e，但在内部和外部光学系统的热状态中切割第一回曲形11a、11c、11e而在内部和外部光学系统的冷状态中切割第二回曲形11b、11d。

为此，在实际的轮廓加工之前在产生在热状态中切割的回曲形11a、11c、11e之前在工件10旁边实施“预热运动”，其中，开启具有在预热后实施轮廓加工所需功率的激光束。可以通过操作人员改变预热运动的持续时间(典型为30s)、长度(通常为100mm的往复运行)和轴向方向。对于在冷状态中切割的回曲形11b、11d的产生，之前典型地等待20s的停留时间，在所述停留时间中激光束未开启。如预热时间那样，所述停留时间的持续时间在此同样是可改变的。

在步骤105中结束NC控制程序的配置之后，典型地实施一个测试运行，其方式是在激光加工机3上执行NC控制程序SP。在测试运行结束之后，操作人员可以在经切割的工件10上认识到：在哪些参数值的情况下实现了优化的切割结果以及在何种程度上实现了可接受的结果。随后，操作人员可以通过由对话函数DF提供的处理函数BF输入优化的参数或者可能的合适的带宽并且将其存储在加工参数表BT中。

对于厚工件10a、10b(如在图2b中所示)，也可以在图2a中所示的回曲形11a-e的位置上切割作为测试轮廓的单个正方形13、14，其中，在此情形中使焦点位置在两个相邻的列15a、15b或者16a、16b中每一个的正方形13、14之间变化。在此，可以分别在光学元件的热状态中切割正方形13、14的两个列15a，16a中的第一列，相反在冷状态中切割第二列15b、16b。

尤其在加工过程涉及高速切割时或者在选择高于15m/min的加工速度时，长孔17(如在图2c中所示)作为测试结构是特别合适和节省材料的。在高速切割时，测试轮廓必须足够长，从而可以实现几厘米距离上的高加工速度。可以理解，也可以旋转90°地产生长孔17，也就是说沿Y轴产生长孔17，以便也在此方向上测试激光加工机3的切割特性。

在标记、粒化、烧蚀或者焊接时以及在穿孔时也可以对于诸如焦点位置、喷嘴间距、气体压力等等的参数检验各数据组或者接收带宽，如以下根据图3a-d对于穿孔所示出的那样。图3a对此示出具有两个加工参数(例如在X或Y方向上变化的焦点位置和喷嘴间距)的带宽接收的工件20，其中，作为第一选择方案仅仅进行了穿孔21。图3b示出相应的工件20a，其中，既穿孔也在X方向上经过一个起动距离21a；在此，无激光功率地，但以合适的切割气体去除工件20a上待切除的圆形轮廓的剩余部分。在起动之后，如图3c所示可以在工件20b上也切割3/4圆21b，或者如在图3d中借助另一工件20c所示切割整圆21c。

相应的选项(例如，仅仅穿孔、具有起动的穿孔、具有起动和附加的轮廓切割的穿孔)视以轮廓参数KP对轮廓变量KV的赋值而定，所述赋值又取决于输入值EW。待切割的轮廓在以上所示的示例中分别是圆形，其大小根据材料种类和厚度、气体种类和切割类型自动地确定。穿孔和切割划分到不同的子运行过程中(如以上所示)，可以使出现的问题——例如切割透镜或者加工喷嘴的污染——与各加工阶段相对应并且因此可以用于故障查找，因为在此情形中可以有针对性地确定污染的原因。

与以上结合图1至3所示的加工参数的确定或优化类似，替代地或附加地也可以确定用于加工过程的调节参数，例如最小许用圆角半径。为此，如在图4a中所示，沿取决于所选择的输入值EW的测试轮廓31在工件30上以不同的圆角半径R0.5、R1、R1.5、R2倒圆方向变化。根据加工结果可以以此方式确定作为调节参数的最小许用圆角半径。

图4b作为用于确定调节参数的另一示例示出工件32上的轮廓临界值的确定，其中，轮廓变量“轮廓类型”已定义为矩形33、正方形34或者圆形35并且变量“轮廓大小”已以不同值的带宽赋值。根据加工结果，以此方式对于所选择的工件32的材料种类和厚度以及对于所选择的切割方法确定作为调节参数的最小可加工面积。

为了在(未示出的)激光切割中为所谓的“微接头”的产生确定优化的调节参数，同样可以以值的带宽对相应的调节参数变量进行赋值。在制造中在轮廓末端或者在轮廓中间产生“微接头”，其方式是不切割一个十分之几毫米的距离。由此实现，轮廓在加工结束时未完全割断，从而割断的部分不会在支撑片之间倾翻。同样可以使所述距离作为调节参数变量变化，以便根据材料种类、材料厚度和切割方法确定优化的值。

为了保护参数数据组，可以以接近制造的轮廓对可自由选择的工件大小进行赋值。在此，通过以与所选择的输入值EW的组合相关的带宽对轮廓变量进行自动赋值来考虑技术边界条件。加工作为测试轮廓的矩形41、正方形42和圆形43，如在图5中根据另一工件40的剖面示出的那样，其中，起动方向从测试轮廓到测试轮廓分别旋转90°。在测试轮廓的数量确定之后，例如十二个测试轮廓，切割外轮廓44，由此如在真实制造时那样总是行进较长的轮廓。对于高速应用，也可以替代地或者附加地行进由长孔(见图2c)组成的保护持续运行，由此确保可以实现和保护长距离上的高切割速度。

借助以上所述的方法可以自动地创建或者配置NC控制程序，所述NC控制程序可以直接在激光加工机上执行。在此，所述方法可以借助于数据处理设备(例如激光加工设备的操作台)上的合适的软件实现。加工的结果或者是一个用于检验单个参数数据组的单件加工、一个借助变化的轮廓参数、调节参数和/或加工参数以确定合适的和/或优化的参数的加工或者是一个借助固定的参数数据组以保护参数的加工持续运行。在每种情形中，机器操作人员检查经加工的工件，以便决定所使用的参数是否适于加工，或者以便在参数变型中确定最优的数据组。总而言之，以上所述方法可以实现：在不同的激光加工机上可以在参数确定和参数保护时应用快速和统一的操作方法，其方式是，对于不同的待加工工件在机器控制中可自动调用地提供在技术上适当的切割轮廓、过程和影响可能性，从而可以通过在用户对话中进行少量输入而自动地执行用于参数确定和用于参数保护的控制程序的创建。