[发明专利]用于激光加工工件的方法和用于激光加工工件的设备

说明书

提供了一种激光加工工件的方法，其中a)生成加工激光束并使用至少一个光学元件将加工激光束成像在工件上；b)使用成像加工激光束加工工件并在工件中生成切割间隙；c)在步骤b)期间监测至少一个切割间隙的几何参数；以及d)在步骤c)期间调节所监测的切割间隙的几何参数，以用于与切割间隙的几何参数的目标值相协调。还提供了一种用于激光加工工件的设备。

本发明涉及用于激光加工工件的方法、用于激光加工工件的设备以及用于激光加工工件的设备的用途。

激光加工设备在激光加工工件中使用，特别是在用于借助于激光束对材料进行热分离例如激光切割的方法中使用。在许多情况下，激光加工头用于将加工激光束引导至工件上，例如引导至待加工的金属片材上。

当使用活性切割气体例如氧气进行激光切割时，工件的金属材料燃烧例如在其被激光束加热至点燃温度之后燃烧。这种激光切割也称为火焰切割。氧气与工件的材料之间的反应生成支持切割过程的附加的热。具有低粘度的熔化的液体材料可以通过气体的剪切力从切割边缘或从切割间隙去除。当使用诸如氮气或氩气的惰性气体进行切割时，工件的材料仅被激光功率熔化并且可以通过气体流的动能被从切割间隙中吹出。这种激光切割也称为熔化切割。使用合适的检测器记录的在激光切割过程期间生成并由工件发射的过程照明(固有照明)，可以用于监测切割过程和切割间隙。此外，可以照亮工件的激光加工区，从而可以检测到由工件反射和/或发射的光束。

加工激光束的焦点可以随着时间的推移和功率的增加而经受焦点偏移(焦点的偏移)，特别是由于用于激光束的光学成像的光学元件的加热而经受焦点偏移(焦点的偏移)。这种不期望引发的焦点偏移影响加工结果。为了抵消焦点偏移并能够稳定地切割，可以给出过程参数足够大的公差。然而，焦点经常转移至不利的位置或定位，这导致了切割质量降低。

US2018029164 A1描述了焦点位置的测量。然而，焦点位置是在切割头中测量的，这使得切割头昂贵、重且复杂。

根据DE 100 45 191 A1，切割头中的热变量及其计算导数用于能够实时补偿光束变化。

DE102016219928 A1涉及其中借助于基于摄像装置的切割间隙测量来确定相对于工件的焦点位置的方法。该焦点位置通过确定的切割间隙宽度来确定。为此，必须测量激光束的焦散，这使得校准步骤成为必要。此外，在该方法的过程中必须反复地确定焦点位置。因此，该过程是复杂的。

因此，从上述文献中补偿焦点偏移的方法依赖于间接测量，并且对于执行来说是复杂的和/或耗时的。

本发明的目的是提供使用它们可以以简单的方式抵消不期望的焦点偏移的方法和设备。

该目的通过根据权利要求1的方法、根据权利要求11的设备和根据权利要求19的用途来实现。

在一个实施方式中，提供了一种用于激光加工工件的方法，其中a)生成加工激光束并使用至少一个光学元件将加工激光束成像在工件上；b)使用成像加工激光束加工工件并在工件中生成切割间隙；c)在步骤b)期间监测至少一个切割间隙的几何参数；以及d)在步骤c)期间调节所监测的切割间隙的几何参数，以用于与切割间隙的几何参数的目标值相协调。

由于切割间隙的至少一个几何参数在激光加工期间被监测和控制，因此不需要确定焦点位置。因此，该方法不是很耗时的，不需要校准，并且易于实现。

在实施方式的方法中，步骤d)可以通过改变选自以下中的至少一个参数来执行：加工激光束的宽度、加工激光束的直径、加工激光束在其传播方向上的焦点的位置、平行于加工激光束传播方向的光学元件中的至少一个的位置、光学元件中的至少一个的表面曲率、包括至少一个光学元件的光学系统的焦距以及加工激光束的强度分布，特别是加工激光束的垂直于其传播方向的强度分布。步骤d)可以通过调整加工激光束在工件上的成像来执行。例如，如果所监测的切割间隙的几何参数中的一个或更多个偏离了相应的期望目标值，则焦点位置被校正。