[发明专利]用于监视要在工件上实施的激光加工过程的方法和装置以及具有这种装置的激光加工头

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于监视要在工件上实施的激光加工过程的方法和装置以及一种具有这种装置的激光加工头。

背景技术

在激光材料加工中工件借助聚焦的激光射线切割或接合，其中，不仅在激光切割工序中而且在激光焊接工序中都使用过程监视系统和传感器。对于焊接或切割过程的监视例如使用传感器来检测来自由工作焦点确定的加工区或相互作用区的射线。在此按照标准设有射线传感器用于观察在相互作用区上形成的等离子并且设置反射传感器，该反射传感器检测来自激光射线和待加工工件之间的相互作用区的激光反射线。此外为了监视激光加工过程使用温度探测器或红外传感器，通过它们可以在加工时监视边缘熔化和温度断面。除了使用分别对于一定波长范围敏感的光电二极管外，还通过摄像机监视激光加工过程，这些摄像机也可以在预确定的波长范围内是敏感的。基于对摄像机拍摄的图像的图像处理也可以获得用于监视激光加工过程的特性值，如例如关于熔化的工件区域的参数。

该监视系统的第一目标是：首先根据工艺规定对加工质量分类。第二目标是：通过对工艺的控制和调节来改进加工质量。在当前的工业系统中，用于过程监视的传感器和摄像机被用来借助检测的传感器数据和借助图像处理法及数据分析对加工过程的当前状态进行分类。此时使用的方法针对加工工艺个别调整。当记录的传感器数据强烈偏差时，当前的加工工艺被分类为不足，其中，使用相应的调节机构，以便消除这种状态。但此时关于所记录的传感器数据的工艺参数调节调节只涉及相应传感器的对应测量数据。

发明内容

本发明基于这样的任务，提供一种用于监视在工件上实施的激光加工过程的方法和装置，通过它们改进激光加工状态的分类并且由此改进要在工件上实施的激光加工过程的加工质量。

该任务通过根据权利要求1的方法、根据权利要求11的调节装置并且通过根据权利要求15的激光加工头解决。本发明有利的构型和扩展构造在从属权利要求中描述。

根据本发明，提出一种用于监视、控制或调节要在工件上实施的激光加工过程的方法，该方法具有下面的步骤：借助至少一个监视激光加工过程的传感器检测至少两个当前测量值，根据所述至少两个当前测量值求得至少两个当前特性值，其中，所述至少两个当前特性值共同描述一个特性值空间中的一个当前指纹，提供该特性值空间中的预确定点集，通过检测当前指纹相对于特性值空间中的预给定点集的位置对激光加工过程分类。

在此为了高质量地加工工件，有利的是，在加工过程中直接反作用于借助本发明方法识别的“差”指纹，其中符合目的的是：根据本发明的方法附加地包含一个步骤，该步骤这样调节对应的致动器的至少一个过程参数，以致在当前指纹从特性值空间的点集中离开时该至少一个致动器被如此启用，使得对应的过程参数的变化符合特性值空间中的一个梯度，该梯度从该指纹出发向特性值空间中的预确定的点集的方向延伸。

在此有利的是，根据至少一个当前测量值求得当前特性值包含用于减少数据或降维的方法如主元分析、多维标度、支持向量机或支持向量分类。通过传感器数据的降维可以基于减小的点集通过计算机明显更快地进行分类，由此例如也能够实施激光加工过程的快速调节。

但也可以想象并且符合目的的是：借助神经网络根据至少一个当前测量值求得当前特性值。

在使用多个传感器(这些传感器的测量值通常不允许直接反推出加工情况)的情况下，有利的是，特性值空间内部的预确定的点集借助学习过程来确定。

在此为了调节加工过程符合目的的是：在特性值空间中的这些位置上求得依赖于不同区域中的过程参数的特性值空间梯度场：这些位置就该梯度而言代表各自的区域，其中，特性值空间的依赖于一个过程参数的梯度通过该过程参数在特性值空间的一个预确定位置上的变化来求得。

为了全面监视并求得多个有说服力的测量数据，符合目的的是：从一组传感器中选出所述至少一个传感器，该组传感器包括至少一个具有用于确定波长的滤波器的光电二极管、固体声接收器和空气声接收器和至少一个具有相应表面照明装置的摄像机单元。

为了获得具有高对比度的摄像机图像符合目的的是，被至少一个摄像机单元检测的摄像机图像以不同的曝光时间拍摄并且通过高动态范围方法相互计算处理(verrechnen)。

为了确保激光加工过程的全面调节符合目的的是，从一组致动器中选出至少一个致动器，该组致动器包括激光功率的控制、加工头相对于工件的速度控制、加工激光射线的焦点位置控制、加工头相对于工件的间距控制和横向错位的控制。