本发明涉及一种用于加工金属工件的方法以及一种用于借助于加工射束加工金属工件的激光装置。
背景技术：
1、从wo 2022/037797a1中已知一种用于借助于从激光加工头射出的激光射束由一个工件制造至少一个工件部件和工件剩余部分的方法。在该方法中，沿着切割线切割工件，其中，在工件部件和工件剩余部分上形成切割棱边。此外，在该方法中，在工件部件与工件剩余部分连接期间，以倒圆的形式对工件进行修整。
2、此外，从de 10 2019 125 103a1中已知一种用于对工件进行激光切割的方法。在该方法中，产生用于对工件进行粗加工的加工激光射束。在此，产生加工激光射束的两个能量强度区域，其中，用于对工件进行粗加工的第一能量强度区域具有比用于对切割棱边至少部分地精加工的第二能量强度区域大的在时间上积分的辐射能量。借助加工射束照射工件。
技术实现思路
1、本发明的目的是，实现一种能够借助于激光装置实现特别快速且精确地切割工件的解决方案，其中，避免尖锐的切割棱边。
2、该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的另外可行的设计方案在从属权利要求、说明书和附图中说明。在针对独立权利要求的主题中的一个主题的描述的范围内阐述的特征、优点和可行的设计方案至少类似地可视为其他独立权利要求的相应的主题以及独立权利要求的主题的任意可行的组合的特征、优点和可行的设计方案，必要时结合从属权利要求中的一个或多个从属权利要求也是如此。
3、本发明涉及一种用于加工金属工件的方法，所述金属工件尤其板状地或管状地构成。在该方法中提出，将加工射束定向到工件上并且使所述加工射束在切割方向上相对于工件运动。加工射束借助于激光装置提供。将加工射束定向到工件上应理解为，加工射束由激光装置提供、定向到工件上并且射到工件的工件表面上。加工射束包括具有第一强度的第一激光射束，所述第一激光射束设置用于在厚度方向上切割工件。换言之，在加工金属工件时，在工件的厚度方向上借助于第一激光射束切割工件。此外，加工射束包括在第一激光射束旁边射到工件的工件表面上的第二激光射束，所述第二激光射束具有与第一激光射束的第一强度相比较小的第二强度。借助于第二激光射束产生工件的被倒圆的切割棱边。因此，借助于第二激光射束可以使工件的材料流动，由此，可能的、在借助于第一激光射束切割工件时产生的切割棱边被倒圆。因此，可以将工件的再加工耗费保持得特别低。因此，加工射束能够实现切割工件，其中，产生倒圆的切割棱边。因此可以省去切割棱边的事后的倒圆。
4、因此，加工射束包括第一激光射束和至少部分地布置在第一激光射束旁边的第二激光射束。例如，第一激光射束和第二激光射束可以至少部分地交叠。可行的是，第一激光射束和第二激光射束相对于彼此同心地布置。这应理解为，第一激光射束在工件的工件表面上的图像形成加工射束的内部区域，并且第二激光射束的图像在周侧包围第一激光射束的图像。为此，第一激光射束的图像可以至少基本上是圆形的或椭圆形的，而第二激光射束的图像环形地设计，从而环形地包围第一激光射束的图像。在工件表面的平面中，第一激光射束和第二激光射束的图像可以邻接于彼此而没有交叠或通过小的分离间隙彼此间隔开。
5、此外，在该方法中提出，为了产生金属工件的材料桥接部，第一激光射束的第一强度在工件的在沿切割方向延伸的稳定化区域中与工件的沿切割方向邻接于稳定化区域的至少一个切割区域相比减小。由此，在稳定化区域中至多在工件的厚度的部分区域上切入工件。在切割工件时留下至少一个材料桥接部使得能够实现：在加工工件时不发生通过切割工件产生的两个工件部件相对于彼此的倾翻，由此可以特别精确地切割工件。如果工件部件在金属工件的加工期间不受控地相对于彼此倾翻，则加工射束可能与工件的预设的切割线偏离，由此工件被错切。通过所述至少一个材料桥接部可以避免工件的这种的错切。在借助于加工射束切割金属工件结束之后，工件的相应的工件部件借助于所述至少一个材料桥接部保持在彼此上。随后，将工件的保留的材料桥接部断开，以便将工件的工件部件彼此分开。被分开的工件部件中的至少一个工件部件可以是构件，所述构件因此在所述方法的范畴内从金属工件切出。所述至少一个材料桥接部可以借助于加工射束或者机械地例如通过折断来断开。断开例如可以通过将第一工件部件、尤其构件从环绕的第二工件部件中压出、撞出或振出来实现，因此所述第二工件部件是工件剩余部分或工件的剩余格栅。替选地，材料桥接部可以断开，其方式为，通过材料桥接部保持在一起的多个工件部件被弯折分开或振荡分开。所述至少一个材料桥接部作为所谓的“纳接头(nano joint)”仅在工件的厚度的部分区域上延伸。与在工件的整个厚度上延伸的所谓的微接头(micro joints)相比，纳接头作为材料桥接部的所述使用具有如下优点：可以倒圆地提供整个切割棱边。
6、在稳定化区域中切入工件。因此，在稳定化区域中留下材料桥接部，所述材料桥接部仅在工件的厚度的一部分上延伸。在切割区域中，工件在其厚度上被完全切透。切割区域可以在切割方向上向前或向后衔接到稳定化区域上。尤其地，工件包括至少两个切割区域，其中，一个切割区域在切割方向上向前衔接到稳定化区域上，并且另一切割区域在切割方向上向后衔接到稳定化区域上。因此，稳定化区域在切割方向上向前和向后由相应的切割区域限界。尤其地，工件可以针对待产生的每个材料桥接部具有由相应的切割区域包围的稳定化区域。
7、为了在唯一的方法步骤中借助于加工射束切割金属工件并且将其提供为具有倒圆的切割棱边，其中，产生至少一个材料桥接部，则至少在沿切割方向在工件的表面上引导期间改变第一激光射束的强度，以便留下纳接头。因此，第一激光射束的第一强度在切割方向上在切割区域中具有初始值，在沿切割方向邻接的稳定化区域中降低到减小的值并且在沿切割方向邻接于稳定化区域的另一切割区域中又提高到初始值。因此，加工射束可以持续地沿着工件的工件表面被引导，以便在切割区域中完全切透工件并且在稳定化区域中留下材料桥接部，其中，产生工件的被倒圆的切割棱边。因此可以省去在彼此不同的多个加工步骤中的工件再加工，例如在留下至少一个材料桥接部的情况下切割工件并且随后对棱边单独倒圆。因此，该方法能够实现金属工件的特别快速且大规模的加工。
8、在本发明的一个可行的改进方案中提出，第一激光射束和第二激光射束在垂直于切割方向在工件表面上延伸的一条线上在彼此旁边布置。换言之，加工射束在切割方向上相对于工件表面运动，由此这些激光射束在彼此旁边地在工件的工件表面上引导。由此，这些激光射束在通过工件表面展开的平面中垂直于切割方向在彼此旁边布置。尤其地，激光射束可以垂直于切割方向并且垂直于工件的厚度方向在彼此旁边布置，所述厚度方向与激光射束射到工件上的射束方向重合。因此，第二激光射束比第一激光射束更靠近在切割工件时保留的工件部件布置，由此在切割工件时借助于第一激光射束产生的切割棱边可以通过熔化重铸并且从而通过材料的流动来倒圆。切割棱边尤其在其产生的即刻借助于第二激光射束倒圆，由此可以将产生尖棱的切割棱边的风险保持得特别小。
9、在本发明的另一可行的设计方案中提出，借助于激光装置提供加工射束。所述激光装置包括光波导、激光射束产生单元以及射束分配装置。激光装置尤其是光纤激光器。因此，光波导可以是所谓的光纤，尤其是多包层光纤、如2合1光纤或3合1光纤。光波导包括芯部区域和至少一个环形区域。如果光波导构成为2合1光纤，则光波导包括芯部区域和在周侧包围芯部区域的一个环形区域。如果光波导构成为3合1光纤，则光波导包括芯部区域以及两个环形区域，即内环形区域以及外环形区域。内环形区域在周侧包围芯部区域，并且外环形区域在周侧不仅包围芯部区域而且包围内环形区域。在此，芯部区域和两个环形区域相对于彼此同心地布置。激光射束产生单元配置用于产生激光输入射束。因此，在该方法中，借助于激光射束产生单元产生激光输入射束。借助于射束分配装置将激光输入射束分配到芯部区域上以用于产生第一激光射束以及分配到至少一个环形区域上以用于产生第二激光射束。借助于射束分配装置可以调设：要将激光输入射束的多少份额耦入到芯部区域中以及要将激光输入射束的多少份额耦入到所述至少一个环形区域中。因此，借助于射束分配装置可以调设相应的激光射束的强度。替选于具有借助于其产生一个激光输入射束的激光射束产生单元的激光装置的设计方案，激光装置可以具有至少两个单独的激光射束产生单元，其中，借助于激光射束产生单元中的第一激光射束产生单元将第一激光输入射束耦入到芯部区域中，并且将第二激光输入射束耦入到环形区域中。激光装置尤其可以对于光波导的每个区域具有单独的激光射束产生单元。通过设有相应的单独的激光射束产生单元，可以特别简单地个体化地控制加工射束的激光射束的强度。设有射束分配装置的激光装置使得能够实现：通过一个激光输入射束的分配，可以特别精确地在0至100％的整个强度范围上调设第一激光射束和第二激光射束的强度。
10、在上下文中尤其可以提出，在切割区域中，将激光输入射束的激光功率的至少80％的第一份额耦入到芯部区域中，并且将激光输入射束的激光功率的至多20％的第二份额耦入到所述至少一个环形区域中。由此确保，借助于第一激光射束在相应的切割区域中在整个厚度上可靠地切透工件，并且借助于第二激光射束对工件的相应的切割棱边倒圆，而不引起工件的材料的强烈的流动。
11、在上下文中，在本发明的另一可行的设计方案中可以提出，通过适配激光输入射束的强度的方式来调设第一激光射束的第一强度。换言之，借助于激光射束产生单元修改激光输入射束的强度，由此适配激光输入射束的借助于射束分配装置耦入到芯部区域中以用于产生第一激光射束的份额的强度。通过适配激光输入射束的强度，可以特别简单地修改第一激光射束的强度。
12、在本发明的另一可行的设计方案中可以提出，通过借助于射束分配装置适配激光输入射束的耦入到芯部区域中的份额的方式来调设第一激光射束的第一强度。因此，可以适配激光输入射束在芯部区域与所述至少一个环形区域之间的分配，以便调设第一激光射束的强度。
13、在本发明的另一可行的设计方案中提出，第二激光射束的第二强度在稳定化区域中和在切割区域中是相同的。由此可以实现，金属工件的切割棱边处的倒圆半径在沿着切割方向的所有区域中都是恒定的。因此可以避免工件的保留有材料桥接部的区域中的倒圆半径相对于不保留材料桥接部的区域中的倒圆半径的差别。因此可以在工件上实现特别均匀地倒圆的切割棱边。
14、尤其地，为了调设第一激光射束的强度，可以既适配激光输入射束的强度，也适配激光输入射束的到芯部区域和所述至少一个环形区域上的分配，因为由此可以减小第一激光射束的强度，然而尽管激光输入射束的强度减小，但是基于适配激光输入射束的分配，第二激光射束的强度仍然可以保持恒定。如果仅将激光输入射束的激光功率为了在工件的稳定化区域中产生材料桥接部而减小、例如减小大约20％，则不仅第一激光射束的功率而且第二激光射束的提供用于倒圆的功率分别减小20％。由此可能发生，与切割区域相比，在稳定化区域中倒圆半径减小。为了规避这种情况，激光输入射束的在稳定化区域中为了降低第一激光射束的强度以产生材料桥接部所需的功率降低(功率降低量)部分地耦入到光波导的环形区域中。因此，与在切割区域中相比，当在稳定化区域中加工工件时，借助射束分配装置将激光输入射束的更大的份额耦入到环形区域中。然而，激光输入射束的在加工工件的稳定化区域时耦入到环形区域中的份额仅提高到使得第二激光射束的功率在稳定化区域中和在切割区域中是相同的并从而在加工金属工件期间是基本上恒定的。
15、在本发明的另一可行的设计方案中提出，在稳定化区域中至少到工件的厚度的一半地、尤其至少到工件的厚度的2/3地切入工件。工件可以在稳定化区域中尤其被切入到其厚度的至少3/4、尤其到其厚度的至少4/5。因此，由此产生的材料桥接部在小于工件的厚度的一半上、尤其在小于工件的厚度的三分之一上、尤其在小于工件的厚度的四分之一上、尤其在小于工件的厚度的五分之一上延伸。保留的材料桥接部的相应的高度越大，所产生的材料桥接部就越稳定，然而为将在加工工件时产生的工件部件彼此分开所需要的力又越大。所产生的材料桥接部的高度越小，在材料桥接部断开之后，材料桥接部的必要时要从相应的工件部件移除的剩余物的质量越小。在稳定化区域中至少到工件的厚度的一半地切入工件确保：借助于第二激光射束可以提供可靠地倒圆的切割棱边。
16、在本发明的另一可行的设计方案中提出，加工射束包括具有彼此不同的强度的至少三个激光射束，所述激光射束在垂直于切割方向在工件表面上延伸的一条线上在彼此旁边布置。为了产生具有所述至少三个激光射束的加工射束，可以使用具有构成为3合1光纤的光波导的激光装置。替选地，相应的激光射束可以借助于相对于彼此分开独立的激光装置来提供，其中，为每个激光射束设有单独的激光装置。通过设有具有彼此不同的强度的三个激光射束，可以借助于第一激光射束切割工件，而可以借助于同样具有彼此不同的强度的第二激光射束和第三激光射束提供工件的被倒圆的切割棱边。通过设有具有彼此不同的强度的第二激光射束和第三激光射束，可以特别精确地预设切割棱边的倒圆轮廓。
17、如果光波导包括芯部区域以及另外两个环形区域，则当激光输入射束不仅耦入到芯部区域中而且耦入到两个环形区域中时，产生第一激光射束、第二激光射束以及第三激光射束。第三激光射束布置在第一激光射束和第二激光射束旁边，并从而在加工射束定向到工件上时在第一激光射束和第二激光射束旁边射在工件的工件表面上。尤其地，第三激光射束可以在周侧包围第二激光射束并且在工件表面上具有环形的图像。因此，加工射束可以居中地具有第一激光射束以及具有环形地包围第一激光射束的第二激光射束以及具有环形地包围第二激光射束的第三激光射束。
18、本发明还涉及一种用于以如已经结合根据本发明的方法所描述的方法借助于加工射束来加工金属工件的激光装置。工件可以在加工过程期间例如支承在工件支架上。激光装置例如可以是激光切割设施、如平板式激光切割设施或管式激光切割设施的一部分。加工射束包括用于在厚度方向上切割工件的、具有第一强度的第一激光射束，以及在第一激光射束旁边射到工件的工件表面上的、具有与第一强度相比较小的第二强度的第二激光射束，由此可以借助于第二激光射束产生被倒圆的切割棱边。激光装置包括至少一个激光射束产生单元，所述激光射束产生单元配置用于产生激光输入射束。此外，激光装置包括具有芯部区域和至少一个环形区域的光波导，其中，在至少一个激光输入射束耦入到光波导中时，芯部区域配置用于提供第一激光射束，并且所述至少一个环形区域配置用于提供第二激光射束。此外，激光装置包括控制装置，所述控制装置配置用于控制激光装置以用于适配第一激光射束的第一强度。激光装置可以构成为固体激光器，如尤其具有一个或多个光纤激光器模块的光纤激光器、碟片激光器或二极管激光器。光波导可以构成为具有芯部区域和包围芯部区域的至少一个环形区域的所谓的多包层光纤。多包层光纤尤其构成用于将芯部区域内的第一激光射束和环形区域内的第二激光射束从激光射束产生单元引导至加工头。借助于加工头可以将加工射束定向到工件的工件表面上。
19、激光装置还可以包括射束分配装置，所述射束分配装置布置在激光射束产生单元与光波导、尤其多包层光纤之间。射束分配装置配置用于将由激光射束产生单元提供的激光输入射束分配到多包层光纤的相应的区域上。在此，射束分配装置可以将由激光射束产生单元提供的激光输入射束分成第一激光射束和第二激光射束，其中，第一激光射束耦入到多包层光纤的芯部区域中并且第二激光射束耦入到多包层光纤的环形区域中。如果加工射束包括多于两个激光射束，则多包层光纤可以具有优选地相对于彼此同心地布置的多个环形区域，所述环形区域分别构成用于引导对应的激光射束。射束分配装置例如可以包括所谓的楔形分束器(keilweiche)，所述楔形分束器布置在激光输入射束的射束路径中并且通过相对于激光输入射束的横向移位将激光输入射束的份额可控地耦入到多包层光纤的芯部区域和/或所述至少一个环形区域中。
20、激光装置能够实现不间断地加工工件，其中，工件在加工时被切割并且提供为具有倒圆的切割棱边，并且至少一个材料桥接部被保留以用于将通过切割工件产生的相应的工件部件保持在一起，所述材料桥接部是所谓的纳接头。
21、本发明的其他特征可以从下面的附图描述中以及根据附图得出。以上在说明书中提到的特征和特征组合以及以下在附图描述和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以在分别说明的组合中、而且也可以在其它组合中使用或单独地使用，而不脱离本发明的范围。