用于确定工件支承件的支承条的实际状态的方法和设备以及具有这种设备的机床与流程

1.本发明涉及一种用于确定机床上的支承条的实际状态的方法和设备，所述支承条用于支承板状的工件、特别是金属板，所述机床用于借助于切割射束来切割加工工件，在支承条的预期状态中，
2.·
支承条设置有多个支承凸出部，所述支承凸出部沿着支承条的纵向方向彼此相邻，其中，在彼此相邻的支承凸出部之间形成凸出部间隙，
3.·
支承凸出部横向于支承条的纵向方向地沿着支承条的高度的方向从支承条的基体朝向支承条的支承侧突出，其中，支承条的支承侧构造用于支承工件，并且
4.·
在观察支承条的、沿着支承条的纵向方向延伸的纵向侧的视角中，支承凸出部具有带有凸出部高度的定义的预期几何形状，支承凸出部以该凸出部高度在支承条的定义的并且配置给支承凸出部的高度区域上延伸。
5.本发明还涉及：
6.·
一种用于确定机床的工件支承件的实际状态的方法和设备，所述机床用于借助于切割射束来切割加工板状的工件、特别是金属板，其中，工件支承件为了支承工件而包括多个上述类型的支承条，所述支承条以纵向方向相同定向地延伸，并且所述支承条沿着横向方向彼此隔开间距，
7.·
一种用于在机床上切割加工板状的工件、特别是金属板的方法，所述机床用于借助于切割射束来切割加工工件，其中，在加工期间，工件被支承在上述类型的工件支承件上，以及
8.·
一种机床，所述机床具有上述类型的用于确定机床的工件支承件的实际状态的设备。


背景技术：

9.例如在用于借助于激光来切割加工金属板的激光平板机上，金属板在其被加工期间放置在支承条的支承凸出部上，支承条以其纵向方向彼此平行地并且沿着其横向方向彼此隔开间距地安装在工件托盘的托盘框架上。由加工决定地，支承凸出部被磨损和/或损坏、例如熔化。由此支承条和由其构成的工件支承件的功能可能被损害，这又可能消极地影响加工过程。
10.de 10 2017 210 182 a1中公开了所述类型的现有技术。该文件涉及用于评估实际状态以及用于维护支承条和由支承条构成的工件支承件的方法和设备，在这种情况中，检测支承条的横向延伸的实际状态并且将其与预期状态比较。为了检测横向延伸，支承条运动通过具有沿着支承条的纵向方向延伸的光束的光栅或者通过线扫描摄像机来扫描。在确定有支承条的检测出的横向延伸与预期状态的相应地明显的偏差时，需要维护或更换所述支承条。


技术实现要素：

11.本发明的任务在于，提供下述方法和设备，其允许监测支承条和由支承条构成的工件支承件的其他与功能相关的特征并且评估关于支承条和工件支承件的实际状态所获得的发现以确保正常工作的加工过程。
12.根据本发明，该任务通过根据权利要求1，5，8和9所述的用于确定支承条和由多个支承条构成的工件支承件的实际状态的方法和设备、通过根据权利要求7所述的用于切割加工板状的工件的方法以及通过根据权利要求12所述的用于切割加工板状的工件的机床来解决。
13.在本发明的情况中，支承条上的支承凸出部的实际几何形状、优选地实际高度根据光切法关于支承凸出部的高度被确定并且与相应的、预先定义的预期几何形状比较，所述支承条用于在借助于切割射束来切割加工期间支承板状的工件，特别是用于在借助于激光来切割加工期间支承金属板。支承条的检测出的区域的位置被定义在机床的数值控制器的坐标系中，所述机床设有所述支承条或设有所述工件支承件。在数值比较装置中，将支承凸出部的所确定的实际几何形状与所定义的预期几何形状比较。
14.通过关于凸出部高度确定支承凸出部的实际几何形状并且通过将所确定的实际几何形状与预期几何形状比较，可以判定支承条和/或设有支承条的工件支承件处于哪种状态中，例如支承条的支承凸出部是否并且可能以何种程度熔化或者在凸出部高度降低下变形。在根据本发明的加工方法和根据本发明的机床的情况中，从所述发现中得出接着的加工过程的结果。具体地说，在切割加工待加工的工件的准备阶段中，通过考虑支承凸出部的、关于凸出部高度确定的实际几何形状来定义零件占据范围，基于所述零件占据范围确保了接着的加工过程至少基本上无干扰地进行，和/或在接着的加工过程中实现满足相关质量需求的加工结果。优选地，基于支承凸出部的预先确定的实际几何形状并且必要时根据支承凸出部的实际几何形状与预期几何形状的偏差来定义零件占据范围，基于所述零件占据范围使在接着的加工过程期间自由切割的零件通过支承条的支承凸出部不倾斜地支承。此外，根据本发明可以考虑的是，待加工的工件的与支承凸出部的实际几何形状相关的零件占据范围是这样的，以使得切割射束的穿透点或由切割射束在工件上移动的切割线不位于完好的支承凸出部上，并且由此特别是避免废料焊到支承凸出部上。
15.根据本发明，支承凸出部关于凸出部高度的实际几何形状通过本领域已知的光切法来确定，在所述过程内，沿着支承条的纵向方向延伸的光线从光源投射到支承条的纵向侧上，并且光线用于沿着支承条的高度的方向在支承条的、配置给支承凸出部的高度区域的至少一部分上来扫描支承条的纵向侧。借助于光学探测器，特别通过摄像机来检测使用光线来扫描的支承条的纵向侧在被扫描的范围内，以产生支承条的纵向侧的图像，并且根据常规方法通过数值评估装置根据支承条的纵向侧的所产生的图像来确定支承凸出部的实际几何形状。
16.优选地，根据本发明，通过具有调谐滤波器的一个或多个摄像机对光线进行成像，所述光线沿着支承条的高度的方向在支承条上相对于支承条运动，并且借助于根据本发明的评估装置由图像计算三维点云。评估装置可以从所述点云推导出支承条上的支承凸出部的状态、特别是高度。
17.替代根据本发明的成像的三角测量法或除此以外存在下述可能性，电容地、电感
地、基于超声波地、触觉地或借助于其他方式成像的方法关于凸出部高度来检测工件支承件的支承条上的支承凸出部的实际几何形状。
18.在此，可以使用单个的传感器，所述单个的传感器沿着其纵向方向经过所述支承条，或者支承凸出部的检测通过传感器阵列进行，所述传感器阵列在所述支承条的整个长度上延伸。在传感器阵列的情况中，根据所述方法必须确保各个传感器的足够高的但不过度高的密度，由此实现尽可能高的分辨率而不导致干扰的重叠。
19.为了触觉地检测支承凸出部可以考虑连接成阵列的传感器、例如齿轮或带有针的梳状件。也可以考虑测量球作为触觉传感器。
20.在替换的成像方法的框架内，例如可看到整个工件支承件的图像可以通过卷积人工神经网络处理，并且因此可以识别设置为工件支承件的一部分的支承条的支承凸出部的状态。在此，在多个步骤(网络的层)中首先在图像中识别简单形状(在一定取向中的线)，并且然后识别由简单形状组成的复杂形状(作为两条线的组合的支承凸出部)。通过以尽可能多的支承条和损坏程度来训练神经网络，可以实现非常高的识别速率。
21.支承凸出部和由此支承条的实际状态也可以通过在切割头上的摄像机来检测，所述切割头使切割射束指向待加工的工件。出于这个目的，首先在拍摄中将支承条与背景分开。接着，摄像机在固定的焦距下并且在借助于自动聚焦而聚焦到支承凸出部上的状态中沿着支承条的高度的方向运动。由沿着支承条的高度的方向的摄像机运动的大小可以计算支承凸出部的高度。相应的成像系统由trumpf公司(johann-maus-strasse 2,d-71254 ditzingen)以名称“detectline”提供。
22.此外，通过激光束路径上的摄像机，以接通的激光器可以沿着纵向方向经过工件支承件的支承条。激光的返回反射的强度是以摄像机沿着纵向方向经过的支承条上的支承凸出部的高度的量度。例如同样由trumpf公司以名称“pierceline”提供的成像系统适合用于实施这种的成像方法。
23.最后与根据本发明的光切法不同地，也考虑相关的支承条的条纹照明以及透照方法用于关于凸出部高度检测支承条的支承凸出部的实际几何形状。
24.在支承条的条纹照明的情况中，不同条纹图案由投射仪投射到所述支承条上。一个或多个摄像机记录条纹图案，所述一个或多个摄像机相对于投射仪和支承条的相对位置必须是已知的。代表支承条的三维点云可以从所得的图像产生。在此，因为条纹图案是已知的，所以可以实现子像素精度。支承条上的支承凸出部的高度可以容易地从三维点云得知。在困难的曝光环境的情况中，如同在金属板的制造中经常遇到的那样，例如可以建议借助于在摄像机之前的调谐滤波器在不可见红外光谱中进行投射。
25.在工件放置在支承条上时，在支承条上实施透照方法。通过光源在支承条的纵向延伸上在支承条的纵向侧处从下方曝光工件。在支承条的对置的纵向侧处，支承条借助于摄像机在工件的底侧上成像。支承条的支承凸出部在此显现为黑暗部分，并且凸出部间隙显现为明亮的。支承凸出部的实际状态可以由所述支承凸出部的剪影来计算。
26.根据独立权利要求1，5，7，8，9和12所述的方法和设备的特别的实施方式由从属权利要求2至4，6，10，11，13和14得出。
27.在本发明的优选的构型中，将激光线作为光线投射到待检测的支承条的纵向侧上(权利要求2)。因此，优选地设置线激光器作为投射仪。
28.在本发明的另外的构型中，在支承条固定并且光线沿着支承条的高度的方向运动的情况中，和/或在光线固定并且支承条朝向光源或远离光源运动的情况中，支承条的纵向侧沿着支承条的高度的方向被扫描(权利要求3)。
29.在本发明的进一步方案中，用于确定单个支承条上的支承凸出部的实际几何形状的根据本发明的方法和根据本发明的设备也考虑用于确定工件支承件的多个、优选所有的支承条上的支承凸出部的实际几何形状(权利要求6，10)。在这种情况中，定位运动沿着支承条的横向方向产生，通过所述定位运动将待检测的支承条相对于扫描装置的光源和所属的光学探测器依次进给到实施扫描过程的位置中。
30.在本发明的一个进一步方案中，为了将具有多个待检测的支承条的工件支承件相对于设置用于所有支承条的光源和所属的光学探测器重新定位而设置进给装置，借助于所述进给装置可以将工件支承件沿着支承条的纵向侧的横向方向进给到下述位置中，在所述位置中支承条的纵向侧可以依次地对于实施光切法的设备的光源和光学探测器是可到达的。(权利要求11)。
31.在扫描待检测的支承条的纵向侧时使用的并且用于产生使支承条和光线沿着支承条的高度的方向的相对运动的运动轴线以及必要时用于使支承条在各个扫描过程之间重新定位的运动轴线也必须具有高的定位精度。
32.在根据本发明的机床的优选的构型中，支承条的为了扫描一个或多个支承条的纵向侧而实施的运动和/或支承条的进给运动借助于工件传送装置产生，所述工件传送装置此外用于为了加工目的而使设有支承条的工件支承件运动到机床的工作区域中(权利要求14)。
33.在本发明的进一步的优选的构型中，为了确保所定义的曝光率，支承凸出部的实际几何形状的检测在机床的外壳内部的相关的支承条上实施。特别是考虑根据本发明的机床的工作区域的空间界限作为外壳(权利要求4，13)。
附图说明
34.下面借助示例性的示意图详细地阐述本发明。附图中：
35.图1示出用于借助于激光器切割加工金属板的激光平板机，
36.图2示出根据图1的激光平板机的工件支承件的支承条之一的局部视图，
37.图3示出根据图1的激光平板机的工件支承件的实际状态的检测，和
38.图4以沿着图3中的箭头iv的方向的视角示出根据图3的检测过程的极大示意性的视图。
具体实施方式
39.根据图1，呈用于激光切割图1中未示出的金属板的激光平板机1形式的机床包括加工单元2、搬运装置3和托盘交换装置4。
40.加工单元2的工作空间5设有外壳6。在工作空间5中，通过设置为加工装置的传统的激光切割头来实施金属板的切割加工。在附图中，激光切割头被外壳6遮盖。
41.搬运装置3具有带有水平臂8的运动单元7和服务单元9，所述服务单元可以沿着双箭头10的方向沿着臂8移动。除了沿着双箭头10的方向上的运动可能性之外，服务单元9可
沿着竖直方向(双箭头11)上升和下降。
42.运动单元7可以与服务单元9一起沿着双箭头13的方向沿着搬运装置3的导向结构12移动。抽吸框架14安装在服务单元9上。
43.搬运装置3的导向结构12沿着托盘交换装置4延伸。托盘交换装置4具有传统的结构方式，并且通常用于向加工单元2的工作区域5装载待加工的金属板，并且从加工单元2的工作空间5取出在金属板的切割加工过程中产生的加工产品。金属板15在图2中以虚线示出。
44.待加工的金属板15和加工产品也被支承在常规的工件托盘16上，所述工件托盘设有工件支承件17。工件支承件17通常由多个支承条18构成，所述支承条本身安装在工件托盘16的托盘框架19上，并且在那里相互隔开间距地且彼此平行地延伸。支承条18共同限定工件支承件17的水平支承平面。
45.搬运装置3用作装载和/或卸载装置。待加工的金属板15如同惯常的那样借助于服务单元9的抽吸框架14从未示出的原金属板叠堆拿起并且被放置在托盘交换装置4处的空的工件托盘16上。接着，装载有待加工的金属板15的工件托盘16借助于托盘交换装置4的构造为链式驱动装置的工件传送装置通过穿过外壳6中的在图1中被遮盖的开口的水平传送运动而被移动到加工单元2的工作空间5中。金属板的切割加工在加工单元2的工作空间5中进行，在所述切割加工的框架内，从金属板15产生作为加工产品的成品零件和残余栅格。
46.金属板的切割加工的加工产品与工件托盘16一起借助于托盘交换装置4的链式驱动装置通过外壳6中的开口从加工单元2的工作空间5取出到托盘交换装置4上。接着，布置在托盘交换装置4上的工件托盘16通过搬运装置3被卸载。
47.图1示出在下述时间点的机器布置1，在该时间点，布置在托盘交换装置4上的工件托盘16被完全卸载。
48.在图2中示出工件支承件17的结构相同的支承条18之一。
49.支承条18设置有多个支承凸出部20，所述支承凸出部沿着支承条18的纵向方向21彼此相邻。在彼此相邻的支承凸出部20之间形成相应的凸出部间隙22。支承凸出部20横向于支承条18的纵向方向21地沿着支承条18的高度的方向(箭头23)从支承条18的基体24朝向支承条18的支承侧25突出。在支承侧25上，支承凸出部20设置有用于在切割加工期间支承金属板15的尖端。为了构成工件支承件17，多个支承条18这样安装在托盘框架19上，以使得所述支承条以其纵向方向21相同定向地延伸并且横向于所彼此隔开间距。
50.在支承条18的预期状态中，在观察支承条18的、沿着支承条18的纵向方向21延伸的纵向侧的图2所示的视角中，支承凸出部20具有带有凸出部高度26的定义的预期几何形状，支承凸出部20以该凸出部高度在支承条18的定义的并且配置给支承凸出部20的高度区域上延伸。
51.在切割加工金属板期间，工件支承件17的支承条18受到损害。根据图2，在先前的加工过程中，所述支承凸出部20中的多个支承凸出部在原始凸出部高度26的一部分上被激光切割射束熔化，所述激光切割射束用于切割加工金属板并且由激光切割头指向金属板15。
52.由于一个或多个支承条18上的单个支承凸出部20的损坏，工件支承件17的功能会被消极地影响。特别是存在如下风险：由于支承凸出部20的高度不一致导致在切割加工金
属板期间被自由切割的零件在工件支承件17上倾斜，并且因此干扰工件支承件17的机械卸载。
53.为了防止干扰激光平板机1上的工艺过程，工件支承件17的实际状态在工件支承件17被卸载的情况中在规律的时间间隔内被确定，并且与工件支承件17的预期状态比较。
54.在图3和图4中示出工件支承件17的实际状态的确定。
55.为了确定工件支承件17的实际状态，根据光切法在工件支承件17的所有支承条18上依次地确定支承凸出部20的实际几何形状。为了在实施光切法时获得最佳光线比例，在激光平板机1的、被外壳6围绕的工作空间5的黑暗内部中的支承条18上确定支承凸出部20的实际几何形状(图3)。
56.用于实施光切法的设备27具有作为光源的线激光器28，所述线激光器将沿着支承条18的纵向方向21延伸的激光线29作为光线投射到待检测的支承条18的朝向线激光器的纵向侧上。沿着图4中以虚线示出的投射方向30，激光线29在不同于直角的角度下投射到支承条18的纵向侧上。
57.线激光器28是扫描装置31的一部分，通过所述扫描装置以激光线29沿着支承条18的高度的方向23在支承条18的、配置给支承凸出部20的高度区域的至少一部分上来扫描支承条18的纵向侧。为了产生由激光线29相对于支承条18沿着方向23实施的运动，扫描装置31使用托盘交换装置4的工件传送装置，借助于所述工件传送装置使以激光线29曝光的支承条18反向于投射方向30朝向线激光28的方向运动。
58.以激光线29扫描的支承条18的纵向侧在被扫描的范围内借助于设置为用于实施光切法的设备27的光学探测器的摄像机32通过产生支承条18的纵向侧的图像来检测。用于实施光切法的设备27的数值评估装置33借助于传统的三角测量法根据摄像机32产生的图像来确定支承条18上的支承凸出部20的实际几何形状、具体地即支承凸出部的实际高度。在图1中极大示意性地示出用于实施光切法的设备27的数值评估装置33。
59.将借助于用于实施光切法的设备27确定的支承凸出部20的实际几何形状在数值比较装置34中与支承凸出部20的存储在那里的预期几何形状比较。在此，在图2中所示的支承条18上识别出，单个支承凸出部20已熔断。
60.以上述方式，工件支承件17的所有支承条18依次地经过所述过程。在结束支承条18的实际状态的确定之后，工件支承件17通过托盘交换装置4的工件传送装置沿着图3的由箭头35示出的进给方向被重新定位，从而一个已检测的支承条18反向于进给方向35到达根据图3的检测位置中，并且另外的支承条18的实际状态或者设置在该支承条18上的支承凸出部20的实际高度可以通过沿着该支承条的高度的方向23扫描支承条18来确定。对于工件支承件17沿着进给方向35的重新定位运动的补充或替代，线激光器28和摄像机32可以被调节以检测反向于进给方向35与一个已检测的支承条18相邻的支承条18。
61.数值评估单元36由各个支承条18的实际状态确定工件支承件17的实际状态。具体地在此得出，损坏的支承凸出部20位于工件支承件17的哪一个部位上。
62.所述信息在激光平板机1的数值机器控制器37放入编程中被考虑用于接着的加工过程。在本实例情况中，对于随后待加工的金属板15定义零件占据范围，基于所述零件占据范围使从金属板15切割出的零件尽管存在损坏的支承凸出部20也不倾斜地被支承在工件支承件上。此外，通过随后待加工的金属板15的相应的零件占据范围确保，从加工单元2的
激光切割头指向金属板15的激光切割射束的穿透点不位于工件支承件17的完好的支承凸出部20上，并且由激光切割射束在金属板15上移动的切割轨迹在凸出部间隙22上和/或在熔化的支承凸出部20上延伸。