用于切割不同厚度的工件的激光切割机和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于借助于激光束切割不同厚度的工件的激光切割机和方法。
【背景技术】
[0002]近几年，金属工件的工业化激光加工由于在该领域内的技术进步快速地进一步发展。随着这种发展，对要加工的工件的期望和要求持续地提高，从而现在在越来越短的(生产)时间内客户要求越来越个性化的、更复杂构造的产品或者说工件。随之而来的还有，要制造的工件越来越经常地具有费事的、带有至少两个或多个不同的工件厚度的构型或者分别具有限定工件厚度的单个工件必须越来越小批量地在较短时间内制造，并且尤其要具有高的切割质量。
[0003]为了切割具有相对大的厚度的工件(厚板材)，通常希望加工激光束的焦点直径相对较大，由此切割缝隙这样宽，使得在工件加工中产生的残渣可以被吹出。与之相反，在加工具有相对小的厚度的工件(薄板材)时，尤其为了快速地激光切割，希望相对小的焦点直径。
[0004]然而，为了适于先前说明的对工件生产的要求，对激光加工机的(从具有小的焦点直径的机器向具有相对较大的焦点直径的机器的)持续地改装由于不成比例的大花费而不是可行得通的解决方案。首先在第一激光加工机(例如具有小的焦点直径的激光切割机)上以及接着(在工件在此期间转移之后)在(具有相对较大的焦点直径的)第二激光加工机上分步地加工具有不同厚度的工件也不是较经济的替代方案。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的在于，提供一开始所提到的类型的激光切割机和方法，通过所述激光切割机和方法，能以更可靠的、更高质量的、更经济的和尤其更快的方式实现借助于激光束切割不同厚度的工件。
[0006]根据本发明，该目的通过一种激光切割机来实现，该激光切割机用于借助于带有第一激光束特征的第一加工激光束切割具有第一厚度的工件和借助于至少一个带有另外的第二激光束特征的第二加工激光束切割具有另外的第二厚度的工件，其具有:激光源、尤其是固体激光器，用于产生具有小于4 μ m的激光波长的原始激光束；加工头和装置，所述装置由原始激光束形成具有第一激光束特征和具有第二激光束特征的加工激光束；和根据要切割的工件的厚度来控制所述装置的控制器。通过根据本发明的激光切割机，以有利的方式根据要加工的工件的厚度来改变激光束特征(加工激光束的束质量)。由此可立刻(在原处)并且在工件加工期间进行激光束特征的改变，取消激光切割机的繁琐的改装或者要加工的工件从第一激光切割机到第二激光切割机中的转移。
[0007]根据本发明在开始时确定要加工的工件属于哪个厚度类别。例如具有小于20_的工件厚度的所谓的薄板材可以归入第一厚度类别，并且可借助于第一加工激光束加工。相应地，具有大于20mm的工件厚度的所谓的厚板材可以归入第二厚度类别，并且可借助于第二加工激光束加工。形成具有不同激光特征的加工激光束的装置或者可通过所述控制器被控制或者替代地也可手动地操纵，所述控制器根据工件厚度选择具有合适的激光特征的加工激光束。
[0008]在一优选的实施方式中，该激光切割机包括切割气体喷嘴，该切割气体喷嘴具有至少3mm的喷嘴直径。通过这类优选根据分流原理工作并且在运行时需要相对小的体积流的切割气体喷嘴，可实现以有利的方式进行具有高的切割质量的激光切割(好的切口)。通过带有具有大于3_的喷嘴内直径的切割气体喷嘴的激光切割，实现切割缝隙的较大覆盖。为了进一步提高切割结果的质量，优选在激光切割期间以小于Imm的工作间距装入该切割气体喷嘴。此外，为了进一步提高切割质量，可在工件厚度小(例如厚度小于20_)的情况下比在工件厚度大(例如厚度大于20_)的情况下更小地选择喷嘴直径。因此，切割气体优化地耦入切割缝隙中。特别地，借助于这类激光切割机，也可在厚板材中实现这样高的切割质量。
[0009]也优选这样的实施方式，其中，所述装置由能调整的偏转光学装置和具有多个纤维的多纤维构成，并且，其中，原始激光束在所述多纤维的一个纤维端部上能通过偏转光学装置选择性地耦入一个或多个纤维中，并且在另一纤维端部上能作为具有不同的激光束特征的加工激光束耦出。根据本发明，通过所述多纤维和偏转光学装置，可根据要加工的工件的厚度在(激光源的)产生位置和(工件上的)加工位置之间的束路径上改变加工激光束的束质量或者说激光束特征。所述多纤维省去了用于焦点直径调整的可运动的透镜光学系统在激光加工头中的布置，由此可实现加工头的明显更小(更紧凑)和更轻的结构并且因此可实现较高的加工速度。同时保持完整的加工多样性(Bearbeitungsspektrum)(厚板材/薄板材，火焰切割/熔化切割)。为了将原始激光束耦入所述多纤维，偏转光学装置例如可构造为可运动的棱镜或者构造为楔板。
[0010]在以上实施方式的一种优选的拓展方案中，所述多纤维具有一个内部芯纤维和至少一个外部外罩纤维。为了产生不同的激光束特征，原始激光束选择性地或者至少耦入所述多纤维的内部芯纤维中或者至少耦入所述多纤维的至少一个外部外罩纤维中。通过芯-外罩-光导缆(所谓的双包层-光导缆，LLK，Lichtleitkabel)作为光导体，能以非常好的质量切割厚的结构钢(板材厚度大于20mm)。特别优选地，芯纤维具有小于ΙΟΟμπι的纤维芯直径，从而尤其能够特别快速地和以特别高质量的切割质量加工薄板材。此外，特别优选地，外罩纤维具有比芯纤维的纤维芯直径的三倍更大的外直径。
[0011]在另一优选的拓展方案中，所述多纤维具有多个带有不同大小的横截面面积和/或不同的横截面形状的单纤维。为了产生不同的激光束特征，原始激光束选择性地耦入具有不同大小的横截面面积和/或不同的横截面形状的单纤维中的一个或多个。
[0012]此外，优选这样的拓展方案，其中，所述多纤维具有至少四个单纤维，这至少四个单纤维中具有(几乎)同样大小的横截面面积的两个第一单纤维分别具有不同的横截面形状，并且这至少四个单纤维中具有另外的(几乎)同样大小的横截面面积的另外的两个第二单纤维分别具有不同的横截面形状。这两个第一单纤维分别具有同样大小的第一横截面面积。这两个第二单纤维也分别具有同样大小的第二横截面面积，其中，其横截面面积大于(不同于)两个第一单纤维的横截面面积。因此，这两个第一单纤维或者说分别由这两个单纤维形成的加工激光束可例如用于薄板材，并且这两个第二单纤维或者说分别由这两个单纤维形成的加工激光束可用于厚板材。此外，由于这两个第一单纤维和两个第二单纤维还分别具有不同的横截面形状(例如圆形和矩形的横截面形状或者圆形和椭圆形的横截面形状)，可实现例如较快速的激光切割或者进一步提高的切割质量这样的特别应用。例如，通过借助于圆形的单纤维产生的加工激光束可进行厚工件的或薄工件的与方向无关的加工。与此相反，矩形的单纤维可用于相对快速的激光切割。为此，原始激光束相应地耦入相应的单纤维中。
[0013]在本发明的另一优选的实施方式中，所述装置由一个束形成元件或者由多个不同的束形成元件构成，所述束形成元件布置在加工头中并且可选择性地运动到激光束的光路中。这个束形成元件或者多个不同的束形成元件分别导致一另外的激光束特征。在唯一的束形成元件的情况下，该唯一的束形成元件或者设置在光路中或者设置在光路之外，由此也提供两个不同的激光束特征。优选地，所述束形成元件构造为衍射和/或折射的光学元件。
[0014]根据本发明，该目的也通过一种用于借助于加工激光束切割不同厚度的工件的方法来实