用于检查安装在激光加工机中的气体喷嘴的方法以及配属的激光加工机

摘要

为检查安装在激光加工机(1)中的将气体射束(11)引导至加工位置(12)的气体喷嘴(10)，根据本发明，在一个相对于喷嘴轴线(16)以任意角度延伸的测量面(17)中以空间分辨的方式对从安装的气体喷嘴(10)中喷出的气体射束(11)进行压力测量。根据本发明，配属的激光加工机(1)除了包括将气体射束(11)引导至加工位置(12)的气体喷嘴(10)之外还包括压力测量装置(13)，该压力测量装置(13)用于在一个相对于喷嘴轴线(16)以任意角度延伸的测量面(17)中以空间分辨的方式对从安装的气体喷嘴(10)中喷出的气体射束(11)进行压力测量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于检查安装在激光加工机中的将气体射束引导至加工位置 上的气体喷嘴的方法以及一种用于实施该方法的适当的激光加工机。

背景技术

为获得稳定的质量高的激光加工，需要与相应的加工相协调的并且无损坏的 气体喷嘴，该气体喷嘴将确定的气体射束引导至加工位置。由此，例如在激光射 束切割中切割气体喷嘴的机械状态会对加工结果产生影响。如果切割气体喷嘴由 于与板碰撞或由于飞溅物而发生机械损坏，加工结果就会变坏。可能的后果就是 形成毛刺，导致没有切削干净的部件或甚至导致切削裂纹。

目前，气体喷嘴的无缺陷状态通过机器操作者目测来保障。然而这种主观上 对气体喷嘴的检查不能可靠地防止疏忽大意安装一个错误的或损坏了的气体喷 嘴，该喷嘴由于错误功能会导致高昂的代价。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种方法及一种激光加工机，利用它们能够可靠地 识别损坏了的或弄错的气体喷嘴。

上述任务可通过根据本发明的方法如下地得到解决，即，在一个相对于喷嘴 轴线以任意角度、优选直角地延伸的测量面中以空间分辨的方式对从安装的气体 喷嘴中喷出的气体射束进行压力测量。所述测量面可平坦地或非平坦地例如凸拱 地构成。

根据本发明，通过对喷出的气体射束以空间分辨的方式或2维的方式进行压 力测量来检验安装在激光加工机中的气体喷嘴。损坏的或错误选择的气体喷嘴影 响所述喷出的气体射束，因此根据测量到的流动变化曲线和压力分布可辨别气体 喷嘴的喷嘴类型并且可鉴别出损坏程度。本发明方法的优点为，仅仅识别那些影 响气体射束的坏喷嘴或有缺陷的喷嘴，并且忽略不影响气体射束并因此不影响加 工的损坏、例如喷嘴的外部几何结构。此外，本发明所述的方法允许客观地并且 从而标准化地检查所述安装的气体喷嘴。

即，根据本发明确保了实际期望的喷嘴得到使用并且不会发生机器操作者或 自动更换装置搞错气体喷嘴的情况。此外识别出气体喷嘴没有被这样地损坏，以 至于喷出的气体射束相比于没有损坏的喷嘴有显著变化。

特别是对于可再现的压力测量有利的是，测量面相对于所述安装的喷嘴以确 定的距离布置并且所述安装的气体喷嘴工作以预定的气体压力工作。

在一优选的方法变型方案中，将所述安装的气体喷嘴的以空间分辨的方式测 量到的压力分布与参考压力分布相对比并且在超过预定的偏差时将所述安装的气 体喷嘴归为有错误的类型。通过将测得的压力分布与期望的喷嘴类型的参考压力 分布相对比，不仅可对所述安装的喷嘴的损坏进行核查，而且还可对正确的喷嘴 类型进行核查。

在另一优选的方法变型方案中，在对称特性方面检验所述安装的气体喷嘴的 以空间分辨的方式测的的压力分布并且在超过预定的对称偏差时将所述安装的气 体喷嘴归为有错误的类型。例如具有圆形喷嘴开口的气体喷嘴具有关于喷嘴轴旋 转对称的压力分布，因此测得的不具有所述旋转对称的压力分布就表明是损坏了 的气体喷嘴。该方法变型方案与测量面相对于气体喷嘴的距离以及与作用在气体 喷嘴上的气体压力无关。

为了得到全面的二维压力分布，可在整个气体射束横截面上以空间分辨的方 式测量从所述安装的气体喷嘴喷出的气体射束的压力。替代地例如也可以的是， 仅仅沿着一个确定的围绕所述喷嘴轴线的轨迹测量从所述安装的气体喷嘴喷出的 气体射束的压力并且在因此气体喷嘴没有损坏的情况下测量出确定的独特的压力 变化曲线。在具有圆形对称喷嘴开口的气体喷嘴上，若沿着一个围绕喷嘴轴线同 心的圆形轨迹来测量从所述安装的气体喷嘴排出的气体射束，则在气体喷嘴没有 损坏的情况下会得到压力分布的等压线。由于喷嘴(例如出口半径)上的损坏会 引起流动比率的改变，因此如果偏离这种独特的、例如等压的压力分布毫无疑问 可确定损害位置及损坏程度。根据测量结果与理想的独特的、例如理想的等压的 压力分布的偏差，在机器空程时间经规律的测量周期可表明气体喷嘴的状态并且 并及时安排更换气体喷嘴。

另一方面，本发明还涉及具有将气体射束引导至加工位置的气体喷嘴的激光 加工机，其中，根据本发明，设置压力测量装置，所述压力测量装置用于在一个 相对于喷嘴轴线以任意角度、优选直角地延伸的测量面中以空间分辨的方式对从 安装的气体喷嘴中喷出的气体射束进行压力测量。为了可再现地进行压力测量， 压力测量装置优选相对于所述安装的气体喷嘴以预定的距离布置。测量面可以平 坦地或不平坦的例如凸拱地构成。

在本发明的一个优选实施方式中，压力测量装置具有压力传感器阵列(压力 传感器的二维矩阵布置)，该压力传感器阵列例如作为挡板布置在喷出的气体射束 中并且从而挡住从气体喷嘴流出的气体。其结果是，通过所述压力传感器阵列形 成对于每种喷嘴类型独特的压力分布。借助于该压力分布可直接地毫无疑义地鉴 别气体喷嘴以及识别气体喷嘴的损坏，所述损坏影响所述气体射束并且生成相对 于所述独特的压力分布改变的压力分布。压力传感器阵列的传感器面优选比所述 安装的气体喷嘴的喷嘴开口大并且根据待测量的气体射束横截面进行选择。

在本发明另一优选的实施方式中提出，压力测量装置具有至少一个压力传感 器，所述安装的气体喷嘴和所述压力传感器相对彼此可相对于所述喷嘴轴线横向 地、优选成直角地运动。在气体喷嘴与激光加工机的加工头一起沿机器轴线运动 时，压力传感器可以位置固定地设置并且气体喷嘴相应地移动以便空间分辨地进 行压力测量。在气体喷嘴位置固定地布置时，压力传感器在一个测量面中可相应 地运动地布置以空间分辨地进行压力测量。

在本发明的另一优选的实施方式中，压力测量装置具有至少一个带有布置在 上游的孔板的压力传感器，所述孔板的孔板开口比压力传感器的传感器面小。孔 板可横向于、优选垂直于所述喷嘴轴线相对于所述压力传感器运动，由此能够以 空间分辨的方式扫描所述气体射束的压力。

可以理解的是，压力传感器也可由具有公知的传感器面(接收器面)的力传 感器(力接收器)构成。

本发明其他优点可由说明书和附图得出。同样，前面所述的以及下面进一步 所提到的特征每个可单独地或多个地以任意的组合使用。图示的及文字的具体实 施方式不能作为限制性列举去理解，而是更确切地说描绘了本发明的典型特点。

附图说明

图1  是具有本发明的压力测量装置的激光加工机的示意图；以及

图2-4  是图1中的压力测量装置的几种不同的实施方式。

具体实施方式

图1示意性示出用于对工件2进行激光切割的激光加工机1，其包括用于产生 激光射束4的激光发生器3、用于将激光射束4引导至加工头6的外部射束导向装 置5以及具有工件支架8的工作台7。加工头6可沿X方向移动地在横向承载件9 上被导向，横向承载件9跨越工件支架8并且自身可沿Y方向移动地在工作台7 上被导向。由此，所述工作头6可在平行于工件支架8的X-Y平面上移动。

激光射束4聚焦地通过加工头6的可更换的气体-或切割喷嘴10射出，该气体 -或切割喷嘴也将切割气体射束11(参见图2)引导至工件2的加工位置12上，以 将熔融的材料从切口中排出。此外，激光加工机1包括压力测量装置13，其对从 安装的气体喷嘴10喷出的气体射束11的空间分辨地进行压力测量。在所示的实 施例中，压力测量装置13示例性地设置在工作台7的拐角处。

图2示出了压力测量装置13的第一实施方式，在该压力测量装置上，在工件 支架8上位置固定地设置有压力传感器阵列14、亦即单个压力传感器15的二维布 置并且因此限定了垂直于喷嘴轴线16延伸的平整的测量面(测量平面)17。为了 进行检查，气体喷嘴10以确定的距离设置在压力传感器阵列14上方并且以预定 的气体压力工作。压力传感器阵列14用作挡板并且挡住从气体喷嘴10喷出的气 体射束11。其结果是，在压力传感器阵列14上形成对于每种喷嘴类型独特的压力 变化曲线，所述压力变化曲线由压力传感器阵列14测量。借助于测量到的该二维 压力分布，装入的气体喷嘴10可与所期望的气体喷嘴的参考压力分布进行对比并 且能直接地毫无疑义地对其进行识别。气体喷嘴10的影响气体射束11的损坏同 样相对于所述独特的压力分布发生压力分布的改变并且由此同样可被识别。测量 的精确性由压力传感器阵列14的空间分辨率以及压力传感器15的分辨率来确定。 有利地，压力传感器阵列14应大于安装的气体喷嘴10的圆形喷嘴开口18并且为 了进行全面测量至少要与气体射束11在测量面17中的射束横截面对应。

如图2虚线部分所示，压力传感器阵列14可具有中央开口19。在压力测量时， 气体喷嘴11中心地设置在开口19上方，以模拟加工过程中的穿刺并且获得流动 比率或者说压力变化曲线，它们与激光加工过程非常相似。

图3示出了压力测量装置13的第二实施方式，在该压力测量装置中，单个压 力传感器30位置固定地设置在工件支架8上并且定义一平整的测量面17。为了足 够的空间分辨率，压力传感器30的传感器面有利地比安装的气体喷嘴10的喷嘴 开口18小。为了对气体射束11进行测量，安装的以预设距离和预设气压工作的 气体喷嘴10在压力传感器30上方沿X方向和Y方向移动并且由此测量所述气体 射束11的全面的二维压力分布，其然后如上面所述地被分析处理。代替全面的压 力分布地也可以的是，仅沿围绕喷嘴轴线16同心的圆形轨道测量气体射束11的 气体压力并且因此在气体喷嘴10未被损坏的情况下测量所述压力分布的等压线。 由于气体喷嘴(例如出口半径)上的损坏会导致流动比率的改变，因此与所述等 压的压力分布的偏离就可毫无疑问地表明损坏位置和损坏程度。根据测量结果与 理想等压线的偏差，在机器空程时间经规律的测量周期可表明所安装的气体喷嘴 10的状态并且并及时安排更换所安装的气体喷嘴10。

如图3虚线部分所示，在压力传感器30上游可设置孔板31，其孔板开口32 比所安装的气体喷嘴10的喷嘴开口18小，以降低压力传感器30的有效传感器面 并且从而提高分辨率。

图4示出了压力测量装置13的第四实施方式，该压力测量装置包括一个具有 布置在上游的孔板41的位置固定的压力传感器40，该孔板41的孔板开口42比压 力传感器40的传感器面小。孔板41可运动地支承在与喷嘴轴线16成直角的平面 上，由此可空间分辨地扫描气体射束11的压力。