用于确定激光加工头的实际位态与其额定位态的偏差的方法
【技术领域】
[0001]本分明涉及一种用于确定激光加工机的可沿多个运动轴运动地安置的激光加工头的实际位态是否与该激光加工头的额定位态相应或存在偏差的方法，还涉及一种用于执行这种方法的激光加工机。
【背景技术】
[0002]—种这类方法例如从US 5，400，638已知。其中描述了校准系统，在其中机器人借助照相机和距离传感器在不同测量位置移动到参考构件处并进行测量，其中，所述参考构件安装在机器人的基体上。通过这种方式可能的是，确定并且随后补偿机器人臂长的与温度相关的变化。
[0003]在所述机器人中，并且也在其它已知的加工机中，例如在激光加工机中，参考构件却在对应的加工空间内形成干扰轮廓，其可能导致碰撞。为了上述测量目的而对参考构件的正确位置进行校正在时间上和在技术上也是费事的。此外有问题的是，碰撞引起的、然而比较小的偏差用肉眼不总是可以识别。然而这种错误位置在结果上导致错误性地生产工件，也就是说导致成本密集的废品。
【发明内容】
[0004]本发明所基于的任务在于，给出开始时提到的方法和用于实施这种方法的激光加工机，所述方法和所述激光加工机克服现有技术的所述缺点。尤其要通过根据本发明的方法和根据本发明的激光加工机放弃时间和成本密集的、在技术上费事的手段。
[0005]所述任务通过一种在开始时提到的类型的方法解决，该方法包括如下方法步骤:
[0006]a)选出所述激光加工头的至少两个不同的加工位态，在所述两个加工位态中，由所述激光加工头发射出的激光射线指向固定在所述激光加工机上的工件的相同额定位置；
[0007]b)使所述激光加工头运动到一个选出的加工位态、即第一加工位态并且借助所述激光射线在所述工件的所述额定位置上或围绕所述额定位置将贯通开口加工到所述工件中；并且
[0008]c)使所述激光加工头运动到另一个选出的加工位态、即第二加工位态并且探测通过所述激光射线和所述工件之间的相互作用产生的辐射，其中，如果未探测到辐射，则所述激光加工头的实际位态与其额定位态偏差小于一与所述贯通开口的尺寸并且与所述激光加工头的所述两个加工位态相关的量值，或者，如果探测到射线，则偏差大于所述量值。
[0009]根据本发明能够以简单、非常快速和高效的方式在工件加工的每个阶段或激光加工机的调整的每个阶段将激光加工头的实际位态与其额定位态相比较。因而可以检验是否存在不希望的几何偏差，并且由此确定机器的调整(至此)是否无错误地进行了，工件加工是否可以继续或者是否应采取应对措施。通过根据本发明的方法尤其能够以简单、快速和高效的方式检验激光加工头的之前实施的且通常费事的几何校准。这尤其使得能够检验，在激光加工机的数控控制装置中存储的、用于在空间中定位激光加工头的运动链的数字式偏移值是否符合实际的机械偏移尺度。可以放弃首先加工第一工件并且随后考虑其生产精度来间接控制校准。根据本发明的方法允许对激光加工头的校准或对运动链的运动耦合并且在工件加工中操纵激光加工头的部件的校准进行检验。
[0010]在激光机工头的第一加工位态，贯通开口或者在工件的额定位置上作为点状刺入孔被刺入到工件内或者围绕工件的额定位置被从工件中切割出。在第一种情况下贯通开口的直径相应于激光射线直径，与第一情况不同，在后一种情况下贯通开口的所述尺寸大于激光射线直径。优选，贯通开口被加工在一个在工件再加工中被作为废料截掉的工件区段中。
[0011]在激光加工头的第二加工位态中，探测通过激光射线与工件之间的相互作用产生的过程辐射。如果激光射线穿过贯通开口因而不产生过程辐射，则激光射线在工件上的实际位态与其额定位态偏差最高为贯通开口的所述尺寸，因此激光加工头的实际位态与其额定位态偏差最高为一个与贯通开口的所述尺寸和与激光加工头的两个加工位态相关的量值。在点状刺入孔的情况下激光加工头的实际位态与其额定位态精确地一致。而如果激光射线不穿过贯通开口而是照射到工件材料上并且因此产生过程辐射，则激光射线在工件上的实际位态与其额定位态偏差最少为贯通开口的所述尺寸，因此激光加工头的实际位态与其额定位态偏差最少为所述与贯通开口的所述尺寸和与激光加工头的两个加工位态相关的量值。
[0012]根据本发明的方法有利地以预先确定的节奏执行，即例如在相继加工的工件的一个工件批量的每五个、十个或二十个工件之后执行。
[0013]在第二加工位态中激光加工机的使激光头运动的运动轴的至少一个轴位置必须与第一加工位态中的对应轴位置不同。尤其优选，在步骤c)中使激光加工头沿着在加工贯通开口时未使用的至少一个运动轴运动，即绕至少一个未使用的运动轴摆动和/或沿至少一个未使用的运动轴移动。例如可以通过激光加工头沿X方向和Y方向移动从工件切割出贯通开口并且随后在步骤C)中使激光加工头通过绕射线方向(C轴)旋转180°而从第一加工位态运动到第二加工位态。替代地，如果激光加工头在第二加工位态中相对于第一加工位态沿射线方向(Z轴)移动了和/或绕激光射线轴转动了，则在第二加工位态中激光射线例如也可以从与在第一加工位态中相同的方向和以相同的角度照射到额定位置上。
[0014]优选，在步骤b)中，由激光加工头为加工贯通开口而发射出的激光射线基本上成直角地照射到工件表面上。激光射线有利地垂直照射到水平定向的工件表面上，以便切割出的工件材料，例如圆形料头，可以向下从贯通开口掉出。
[0015]还优选，如果确定出有偏差的实际位态，则执行对激光加工头的几何校准。由此避免例如由于之前的错误校准或碰撞而产生不精确加工的工件。优选所述校准自动进行。替代地，可以用警报向操作人员提示实际位态与额定位态有偏差，或者可以停止已经开始的工件加工。
[0016]在一种优选的校准变型方案中，如果在步骤c)中探测到射线，则使激光加工头带有连续入射或脉冲入射的激光射线地从第二加工位态相对于工件一直运动，直到在激光加工头的第三加工位态中不再探测到射线，因为激光穿过贯通开口。根据第二与第三加工位态之间的偏移量可以至少近似求得激光加工头的实际位态与其额定位态的偏差。附加地也可能的是，激光加工头带有连续入射或脉冲入射的激光射线地从其第三加工位态相对于工件运动并且在此借助探测到辐射和不探测到辐射之间的过渡来感测贯通开口的边沿点的实际位置，借助边沿点的实际位置确定贯通开口的实际位置和/或实际轮廓，并且根据贯通开口的实际位置和额定位置之间的偏移量和/或根据贯通开口的实际轮廓和额定轮廓之间的偏差求得激光加工头的实际位态与其额定位态的偏差。
[0017]另一优选校准变型方案提出，如果在步骤c)中未探测到辐射，则使激光加工头带有连续入射或脉冲入射的激光射线地相对于工件运动并且在此借助探测到辐射和不探测到辐射之间的过渡来感测贯通开口的边沿点的实际位置，借助边沿点的实际位置确定贯通开口的实际位置和/或实际轮廓，并且根据贯通开口的实际位置和额定位置之间的偏移量和/或根据贯通开口的实际轮廓和额定轮廓之间的偏差求得激光加工头的实际位态与其额定位态的偏差。
[0018]在两个校准变型方案中对于贯通开口的探出或快速边沿识别有利的是，激光射线沿预先确定的运动图形、尤其回曲形运动图形相对于工件运动。如果激光射线带有完全切割功率地脉冲式入射，则脉冲地入射的激光射线的各个入射激光脉冲在工件上的额定位置应在空间上不重叠，因为否则，即在工件上的相邻激光脉冲在空间上重叠的情况下，工件边沿被每个激光脉冲进一步切除，而不产生用于探测所述相互作用的足够光线。在此，激光射线有利地优选相对于工件如此运动，使得激光脉冲的额定位置不是成直角地接近贯通开口的额定轮廓，而是以尽可能平缓的角度。通过这些措施可以确保，每个激光脉冲照射到未被之前的激光脉冲已经加工的工件材料上。
[0019]所述任务还通过一种用于实施根据本发明的方法的激光加工机解决，该激光加工机包括:可运动地安置的激光加工头，其用于借助激光射线加工工件;控制装置，其被编程用于使激光加工头运动到第一加工位态并且借助激光射线在工件的额定位置上或围绕额定位置