用于工件的射束加工的方法与流程

1.本发明基于借助聚焦的加工射束对金属工件进行射束加工的技术领域。


背景技术：

2.在市场中可提供的激光切割装置能够大批量和高精度地实现工件部分的自动化制造。在此，将工件部分借助激光束从金属工件切下。有利地，借助激光也可以将孔引入到待切下的工件部分中。
3.根据所使用的激光切割方法的类型，通过激光产生的切割棱边在各种情况下需要费事的机械再加工。例如必须使切割棱边倒圆或者通过平滑化或粗糙化为随后的加工做准备。这尤其适用于在已经切下的工件部分中的孔的切割棱边，如果孔要用于例如通过拧紧或铆接实现工件部分的固定，则该切割棱边通常设有倒棱(下沉部)。为此，对孔进行切削处理，其中，相应地成型的钻头(埋头钻)随着引导件插入到孔中并例如锥形地钻孔。
4.在利用氧气作为工作气体进行激光切割时，在切割棱边上出现的氧化是另一问题。因为氧化层大多数仅能不理想地被喷漆，所以必须费事地通过磨除而去除这些氧化层。此外有问题的是，在已经镀锌的工件中在切割棱边的区域中锌涂层丧失，从而需要再镀锌。
5.原则上，切割棱边的再加工在时间和人力上是非常高成本的，因为切割棱边的再加工经常也手动进行。此外，再加工是成本密集的，使得工件部分的制造以不希望的方式延长和成本提高。这尤其适用孔的切割棱边的再加工。


技术实现要素：

6.相比之下，本发明的任务在于，如此改善传统的方法，使得可以省去在已经切下的工件部分上对切割棱边的机械再加工、尤其是用于使切割棱边倒圆或者用于产生下沉部(倒棱)。总体上，这种工件部分的制造应以自动化的方式更快和成本更低地实现。
7.该任务和另外的任务根据本发明的提出方案通过具有独立权利要求的特征的用于射束加工工件的方法来解决。本发明有利的构型通过从属权利要求的特征给出。
8.根据本发明示出一种用于借助聚焦的加工射束对工件进行射束加工的方法。根据本发明的方法可以用于每个这样的工艺中，其中为了分离工件部分而在工件中通过穿透的切割射束(热切割)产生缝隙，例如激光切割或气割。优选地，但非强制地，根据本发明的方法用于工件的激光切割中，其中，加工射束是激光束，并且射束加工是激光束加工。
9.术语“工件”是指金属构件，其可以是平面的或弯曲的，然而，优选地具有至少一个平面区段，该区段具有平坦的工件表面。工件例如是具有两个平行平面的工件表面的平面板。射束处理可以在整个板上或仅在板的部分区域中进行。工件也可以是具有优选方形或矩形管横截面的管，该管具有至少一个平面的壁区段并且尤其可以由多个平面的壁区段组成。射束处理可以在每个平面的壁区段中分开地进行。
10.工件在射束加工时典型地承放在平面的工件支架上。工件与射束头对置地或者面向射束头地具有优选平坦的(第一)工件表面，加工射束指向该工件表面。第一工件表面可
以被加工射束直接照射。第一工件表面优选限定一个平面。与射束头背离地，工件具有与第一工件表面平行的第二工件表面。第二工件表面可以不被加工射束照射。平面的工件支架同样地限定一个平面。
11.在根据本发明的用于对工件进行射束加工的方法中，加工射束由射束头引导并且在位于端部的射束喷嘴处喷出。加工射束如常见的那样以聚焦的、旋转对称的具有中央射束轴线(对称轴线)的射束锥的形式构造。在聚焦时，加工射束被聚焦透镜或聚焦镜聚束。加工射束的焦点通过在聚焦透镜之后或在聚焦镜之后的这样的位置限定，在该位置处，加工射束具有其最小的横截面或最小的射束直径。焦距说明透镜主平面(或镜主平面)与理想地聚焦的平行射束的焦点的距离。焦距越小，则激光束被越强地聚焦并且焦点直径越小，反之亦然。
12.用于加工射束的重要特征参量是射束功率，例如以千瓦为单位测得。射束功率描述了每秒钟以辐射形式输出的能量(例如以千焦为单位测得)。如在此和在其它地方所使用的那样，术语“功率密度”(也称为强度)说明关于被照射的面的加工射束功率，例如以千瓦/平方毫米为单位测得。
13.在加工射束的相应位置处存在的、垂直于射束轴线的射束直径确定在加工射束的该位置处的加工射束的功率密度。射束直径是加工射束垂直于射束轴线的圆形横截面的直径。射束直径越大，则功率密度越小，反之亦然。在聚焦透镜或聚焦镜与焦点之间的区域中，加工射束会聚，而在焦点之后，加工射束发散。沿射束传播的方向观察，在会聚的区域中，功率密度随着与聚焦透镜或聚焦镜的间距增大而增大，功率密度在焦点具有其最大值并且在发散区域中随着与焦点的间距增大而减小。
14.在工件上的功率密度因此与被照射的面的大小有关(在工件上的射束斑点)，相应于加工射束到达工件的位置上的射束直径。在本发明的意义上，如果加工射束到达工件上，则加工射束具有的垂直于射束轴线的射束直径称为“在工件上的射束直径”。在本发明的意义上，如果加工射束到达工件上，则加工射束具有的垂直于射束轴线的横截面称为“在工件上的横截面”。
15.在工件上的射束直径与加工射束的焦点位置有关。术语“焦点位置”应理解为焦点相对于工件、尤其相对于平坦的(第一)工件表面的由加工射束指向的平面的位置，或者也是焦点相对于工件支架的位置。焦点位置尤其是焦点与工件、尤其与平坦的(第一)工件表面的由加工射束指向的平面的垂直的(最短)间距、或者与工件支架的垂直的(最短)间距。通过焦点位置的变化，可以改变在工件上的射束直径。如果工件位于射束锥的发散区域中(焦点位于加工射束到达的工件表面之上)，则可以通过增大焦点与工件之间的间距而增大在工件上的射束直径，反之亦然。
16.因此，通过改变在工件上的射束直径可以有针对性地改变在工件上的功率密度。在工件的被照射的面(射束斑点)上的加工射束的功率理解为“在工件上的功率密度”。尤其在激光的情况下，在焦点外的射束强度关于横截面是变化的。理想地，功率强度是高斯分布。无论如何，功率密度朝边缘相对较小。
17.射束头也用于引导工作气体束，工作气体束典型地，但非强制地从与加工射束相同的射束喷嘴输出并且优选与加工射束同轴地引导。从射束喷嘴射出的工作气体束典型地，但非强制地以到达工件上的气体锥的形式构造。射束头也可以用于引导涂覆气体束，该
涂覆气体束用于输送涂覆材料。用于引导加工射束的射束头可以相对于工件在一个与由加工射束指向的(第一)工件表面的平面平行的(典型地水平的)平面中以及沿与之垂直的(典型地竖直的)方向运动。
18.根据本发明的方法用于对工件进行射束加工，由该工件能够分离至少一个工件部分、通常多个工件部分。射束加工借助聚焦的加工射束进行，该聚焦的加工射束指向工件的优选是平坦的(第一)工件表面。能够由工件分离的至少一个工件部分被轮廓(外形)限定，该轮廓限定工件部分的范围。如果沿着遵循轮廓的(闭合的)分离线分开工件，则可以由工件分离工件部分。工件部分是实体对象，其作为整体可从剩余的工件(剩余格栅)移除。
19.根据本发明，首先在工件中或者在面向射束头的(第一)工件表面中通过加工射束产生(至少)一个凹部。该凹部沿着能够由工件分离的至少一个工件部分的轮廓的至少一个区段产生。凹部可以沿着工件部分的整个轮廓延伸。然而，凹部也可以仅在工件部分的轮廓的一个或多个区段上延伸。凹部尤其可以沿着能够由工件分离的工件部分的轮廓具有多个区段。在产生凹部的情况下，使加工射束的射束轴线以至少一个平行于工件表面的平面的运动分量运动。尤其，使加工射束的射束轴线在此以两个平行于工件表面的平面的(相互垂直的)运动分量运动。在多个能够由工件分离的工件部分的情况下，与此相应地也可以沿着多个工件部分的轮廓产生多个凹部，其中非强制地，每个工件部分配有一凹部。也可以由工件这样地分离工件部分，沿着该工件部分的轮廓不形成凹部。然而，根据本发明，沿着待分离的工件部分的轮廓产生至少一个凹部。原则上，仅唯一的凹部相应地沿着同一工件部分的轮廓延伸。
20.在产生至少一个凹部之后，改变加工射束的焦点位置，使得加工射束在工件上具有更小的射束直径。
21.紧接着，在工件中通过改变的焦点位置的加工射束沿着能够由工件分离的至少一个工件部分的轮廓的至少一个区段产生缝隙。缝隙至少部分在至少一个工件部分的凹部内产生。在产生缝隙的情况下，使加工射束的射束轴线以两个平行于工件表面的平面的(相互垂直的)运动分量运动。缝隙在至少一个工件部分的凹部内产生并且必要时也在凹部外产生，其中，在凹部外的缝隙优选继续在凹部内的缝隙。在多个能够由工件分离的工件部分的情况下，与此相应地也在工件中产生多个缝隙，其中，非强制地给每个沿着其轮廓产生缝隙的工件部分配有一凹部。也可以由工件分离沿着其轮廓不形成凹部的工件部分。然而，根据本发明，在每个存在的凹部中(和必要时更多的凹部中)产生缝隙。在本发明的意义上，每个缝隙是形成轮廓的并且沿着能够由工件分离的工件部分的轮廓延伸。原则上，仅唯一的缝隙相应地沿着同一工件部分的轮廓延伸。缝隙可以沿着工件部分的整个轮廓延伸，其中，工件部分从工件被完全切下(切断)。工件部分然后可以直接由其余工件(剩余格栅)移除。然而，缝隙也可以仅在工件部分的轮廓的一个或多个区段上延伸并且因此具有多个区段，即缝隙是中断的。尤其，缝隙可以通过一个或多个具有小尺寸的接片(微接头(microjoints))中断，所述接片还将能够由工件分离的工件部分与其余工件(剩余格栅)连接。这样的微接头沿着工件部分的轮廓典型地具有最大1.5mm的尺寸。微接头通常被手动分开(例如通过将工件部分从工件拆出的方式)。然而，也可以是完全切下、即切断工件部分，其方法是将微接头通过加工射束分开。
22.如在此和在其它情况中所使用的那样，术语“凹部”是指工件或平坦的(第一)工件
表面的凹坑(下沉部)。凹部不贯穿工件。与之不同地，术语“缝隙”是指工件的开口或者说贯穿部(durchbrechung)。因为在根据本发明的方法中，除对工件进行分离加工用于产生缝隙外，也发生对工件不进行分离加工用于产生凹部，所以代替切割射束而使用术语“加工射束”。
23.在产生至少一个凹部时，使加工射束的射束轴线以至少一个平行于(第一)工件表面的平面的(例如水平的)运动分量运动。有利地，加工射束的运动在产生至少一个凹部时包括两个相互垂直的、平行于(第一)工件表面的平面的运动分量。根据本发明，因此尤其关于优选是平坦的第一工件表面产生具有延伸部或者说走势的长形或者说伸长的凹部，其中，长形凹部原则上不同于通过静止的(位置不变的)加工射束产生的圆形凹部。
24.凹部的延伸部原则上是任意的，只要该凹部沿着能够由工件分离的工件部分的轮廓的至少一个区段延伸。例如，凹部具有直线的走势。在此，使加工射束在产生凹部时优选沿着直线轨迹(线)运动。同样可能的并且根据本发明设置，凹部具有非直线的(弯曲的)走势。在此，使加工射束在产生凹部时沿着非直线轨迹(线)运动。凹部可以具有分别沿着工件部分的轮廓延伸的多个区段并且是中断的凹部。然而，凹部也可以沿着工件部分的整个轮廓延伸并且是闭合的凹部。
25.在产生缝隙时使加工射束的射束轴线以两个相互垂直的、平行于工件表面的平面的运动分量运动。在此，尤其关于优选平坦的第一工件表面产生具有延伸部或者说走势的长形或者说伸长的缝隙。长形缝隙原则上不同于通过静止的(位置不变的)加工射束产生的圆形孔。
26.缝隙的走势原则上是任意的，其中，缝隙(在本发明的意义上是形成轮廓的缝隙)始终沿着工件部分的轮廓延伸。产生不形成轮廓的、例如用于将切割射束刺入到工件中并用于将切割射束朝向或者远离工件部分的轮廓移动的缝隙根据本发明不视为本发明意义上的缝隙。缝隙无论如何在凹部内产生，但也可以在凹部外产生，优选地缝隙在凹部内延续(fortsetzung)。
27.特别优选地，(形成轮廓的)缝隙在凹部内遵循凹部的走势。优选地，在产生缝隙时使加工射束沿着轨迹运动，该轨迹与加工射束在产生凹部时的轨迹相同或与之等距离。
28.根据本发明的方法的一个优选构型，为了切断工件部分，沿着工件部分的轮廓产生闭合的缝隙。有利地但非强制地，也设置这样的凹部，该凹部沿着工件部分的轮廓、例如沿着整个轮廓延伸。有利地，凹部和缝隙分别具有圆形的走势，其中，盘形工件部分从工件切断。
29.根据本发明的方法的另一优选构型，沿着工件部分的轮廓产生被至少一个(连接)接片中断的缝隙。优选地，为了由工件分离工件部分，通过加工射束分开至少一个接片，其中，至少一个接片的其它方式的分开也是可能的，例如通过从工件拆出工件部分的方式。
30.如果工件部配有一凹部，即该凹部沿着工件部分的至少一个区段延伸，则在由工件分离的工件部分上始终存在凹部的一部分，其中，凹部的另一部分保留在其余工件(剩余格栅)上。由工件分离的工件部分可以是合格件，其中，凹部的布置在该合格件上的部分例如是有针对性地构造的斜面。然而也可以是，工件部分作为废件被丢弃。通过由工件分离工件部分，在其余的工件(剩余格栅)中产生贯穿部或者说孔，其限界的边缘具有凹部的其它部分。在由工件分离工件部分之后，工件部分具有凹部区段(凹部的部分)。另一凹部区段
(凹部的部分)保留在其余的工件(剩余格栅)上。优选地，在由工件分离工件部分之后，在工件和/或工件部分上保留的凹部区段以倒棱的形式构造。
31.例如，在能够由工件分离的(第一)工件部分内可以产生一个或多个贯穿部(孔)，其中，针对每个孔从工件去除另一(第二)工件部分。有利地，第二工件部分分别配有凹部，其中，凹部至少沿着第二工件部分的轮廓的一个区段、尤其完全沿着轮廓延伸。有利地，在第一工件部分内通过去除第二工件部分产生的孔分别具有凹部的一部分，该部分优选以倒棱的形式构造。以这种方式可以简单地、成本低地和快速地制造具有一个或多个带有倒棱的孔的(第一)工件部分。第一工件部分不必须强制地配有凹部。
32.在根据本发明的方法中，在各种情况下可以由工件分离多个工件部分。根据本发明能够实现并设置不同的方法实施方案。因此，例如可以直接在产生凹部之后，也在凹部内(和必要也在凹部外)产生缝隙。这意味着，紧接着产生凹部之后是产生凹部的缝隙。然而也可以是，首先在第一时间间隔期间直接连续地产生多个凹部，随后在紧接着第一时间间隔的第二时间间隔内产生多个缝隙，其中，在各自已经产生的凹部内(和必要时附加地在已经产生的凹部外)产生(唯一的)缝隙。在第一时间间隔期间不产生缝隙，而在第二时间间隔期间不产生凹部。
33.用于产生凹部的加工射束和用于产生缝隙的加工射束具有彼此不同的焦点位置。具体地，如此改变加工射束的焦点位置，使得在产生缝隙时工件上的射束直径小于在产生凹部时工件上的射束直径。换言之，在产生凹部时工件上的射束直径大于在产生缝隙时工件上的射束直径。在产生缝隙之前改变加工射束的焦点位置并且利用改变的焦点位置产生缝隙。
34.通过基于焦点位置的改变来改变工件上的射束直径可以通过以下方式实现：在产生凹部时在工件上的功率密度小于在产生缝隙时在工件上的功率密度。优选地，通过射束头垂直于工件垫板或垂直于平坦的(第一)工件表面的移动以所希望的方式调设并如此改变焦点位置，使得在工件上存在适合的功率密度用于产生凹部或缝隙。典型地，射束头沿竖直方向移动。如果工件位于加工射束的发散区域中(焦点在工件或者说平坦的(第一)工件表面之上)，则通过射束头朝向工件的移动(减小射束头与工件之间的间距)可以减小在工件上的射束直径。相反地，通过射束头远离工件的移动(增大射束头与工件或者说平坦的(第一)工件表面之间的间距)可以增大在工件上的射束直径。在产生缝隙时，焦点典型地位于工件附近或位于工件内。在产生凹部时，焦点典型地具有与工件的更大间距。附加或替代于射束头的移动，可以光学地改变加工射束的焦点位置。
35.优选地，在工件上的用于产生凹部的加工射束的功率密度比在工件上的用于产生缝隙的加工射束的功率密度小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％或者甚至小于1％。在功率密度上的这种差别反映在工件上的射束直径或者说圆形横截面的变化中。优选地，在工件上的用于产生缝隙的横截面比在工件上的用于产生凹部的横截面小于50％、小于40％、小于30％、小于20％、小于10％或者甚至小于1％。上述给定的值类似地适用于在横截面上的射束直径，其中应考虑，横截面由半个射束直径的平方与圆周率π的乘积得到。
36.在现在通用的激光切割装置中，在工件上的射束直径在分离加工时典型地为1/10至5/10mm。为了通过激光束产生凹部，射束直径根据本发明优选为至少1.5mm并且例如位于
3至25mm的范围内。因此，凹部的宽度(即凹部沿垂直于凹部的延伸部方向的最短尺寸)始终为至少3mm并且例如位于4至15mm的范围内。
37.在根据本发明的方法中，在至少一个凹部内(和必要时附加地在至少一个凹部外)产生缝隙。在垂直于工件或者说垂直于被加工射束照射的、优选平坦的(第一)工件表面的视线上，缝隙例如完全位于凹部内。垂直于平坦的(第一)工件表面的平面的视线相应于缝隙和凹部到(第一)工件表面的平面中的投影。然而，缝隙也可以位于凹部外，例如作为缝隙在凹部内的延续。
38.凹部始终被凹部边缘限界。凹部边缘是工件的如下区域，在该区域中，凹部开始变深。位于凹部内的缝隙至少关于垂直于长形凹部的延伸部的方向总是具有相对于凹部边缘不等于零的间距。当然，如果缝隙超过凹部延续，则缝隙通过凹部边缘。如果缝隙完全位于凹部内，则缝隙总是(即完全)具有相对于凹部边缘不等于零的间距。凹部优选朝向缝隙变深。
39.缝隙特别优选地在凹部内具有最深位置。缝隙有利地几乎(gleichsam)布置在凹部底部上。
40.特别优选地，缝隙至少关于垂直于长形凹部的延伸部的方向在凹部内具有中心位置。如果缝隙完全位于凹部内，则这整个地适用，其中，在缝隙周围，缝隙与凹部边缘的间距总是不变的。
41.优选地，在垂直于优选平坦的(第一)工件表面的视线上、至少关于垂直于长形凹部的延伸部的方向、在缝隙与限界凹部的凹部边缘之间的最短间距始终为至少0.5mm、特别是至少1mm并且例如位于0.5mm至10mm的范围内。在凹部内产生缝隙时，射束斑点(在工件上的被照射的面)优选仅位于凹部内并且与凹部边缘间隔开。
42.如果通过在凹部内形成至少一个闭合的缝隙(例如环形缝隙)在工件中产生具有环绕的倒棱的孔，则包含环绕的倒棱的孔优选具有至少6mm的直径，该直径尤其位于8至30mm的范围内。孔自身优选具有至少1mm的直径。
43.在根据本发明的方法中，至少一个凹部和至少部分地在凹部内的缝隙在时间上依次在工件中产生。该时间顺序具有特别的优点，即缝隙不会受在凹部产生时去除的材料影响。如果在缝隙之后产生凹部，则这导致从凹部去除的材料被喷射到缝隙中。根据本发明有利地可以避免这一点。
44.凹部可以构造为缝隙棱边倒圆并且特别优选地构造为缝隙的切割棱边的倒棱。与通常的使用相协调一致地，术语“倒棱”是指缝隙朝向工件表面的加宽部，即工件表面朝向缝隙的下沉部。凹部优选以斜面、例如至少近似锥形加宽的斜面的形式构造，其中，原则上凹部面的任意形状都是可行的(锥形的、凹形的和/或平面的)。
45.根据本发明的方法能够以特别简单和快速的方式实现在凹部内产生缝隙。如上所述，可以以特别有利的方式在分离工件部分之前在工件部分内沿着至少另一工件部分的轮廓的至少一个区段产生凹部并且至少在凹部内产生缝隙。如果产生闭合的缝隙、尤其是环形缝隙，则将各自一部分(内部余料innenbutzen)从工件切断，使得在工件中产生孔。孔分别被凹部的在其余的工件(剩余格栅)上剩余的部分包围。以这种方式可以特别有利地、快速和有效地在由工件分离的工件部分内通过加工射束制造具有例如成型为倒棱的凹部区段的孔。有利地可以省去对在分离的工件部分中的孔的切割棱边进行费事的另外的机械再
加工，使得具有带倒棱的孔的工件部分的制造可以更快速、成本更低且更有效地实现。
46.因此，本发明的一个特别优选的构型涉及一种方法，在该方法中，在能够由工件分离的工件部分中产生一个或多个孔，这些孔分别被尤其形成用于孔的倒棱的凹部区段部分地或完全包围。待分离的工件部分本身(其设有一个或多个孔)非强制地配有凹部，即凹部不必强制沿着其轮廓延伸。
47.用于产生孔的凹部和缝隙分别在工件部分由剩余格栅分离、尤其切断之前引入到该工件部分中。即仅当用于产生孔的所属的凹部和缝隙已经构造在工件部分内时，才将工件部分由工件分离、尤其从工件完全切下(切断)。尤其，仅当所属的孔构造为具有倒棱时，才切断工件部分。因此，通过根据本发明的方法不加工已经切断的工件部分，即利用根据本发明的方法在已经由工件分离的、尤其切断的工件部分中不产生孔。
48.如果在产生凹部之后产生缝隙，则通过改变焦点位置适合地调设(即减小)在工件上的射束直径以产生缝隙。优选地，通过射束头垂直于工件垫板或垂直于优选平坦的(第一)工件表面的移动来调设焦点位置，其中，减小射束头与工件之间的工作间距。如果在产生缝隙之后产生凹部，则以类似方式通过改变焦点位置适合地调设(即增大)在工件上的射束直径以产生凹部。优选地，通过射束头垂直于工件垫板或垂直于(第一)工件表面的平面的移动来调设焦点位置，其中，增大射束头与工件之间的工作间距。
49.在根据本发明的方法中，有利地不通过射束几何形状预给定产生的凹部的形状，因为在产生凹部时使加工射束运动，使得总是产生长形凹部。凹部的形状因此不同于射束几何形状。以相应的方式，不通过射束几何形状预给定位于凹部内(和必要时也在凹部外)的缝隙的形状，因为在产生缝隙时使加工射束运动，使得优选地根据凹部的走势产生长形缝隙。缝隙的形状因此也总是不同于射束几何形状。
50.在根据本发明的方法中，优选通过以连续波形式的加工射束产生凹部和缝隙。即在产生凹部和/或缝隙期间不关断加工射束。
51.在产生缝隙时，通常分离地加工工件，其中，加工射束在工件上具有如下功率密度，该功率密度如此测定，使得完全分开工件。加工射束(例如激光束)与指向切割缝隙的工作气体束共同作用。通过使用氧气作为工作气体，可以增大由工件吸收的功率密度。为了产生缝隙，必须首先将加工射束(例如激光束)刺入到工件中。该刺入在本发明的意义上不应视为产生缝隙。
52.根据本发明的方法的一个有利构型，在产生同一凹部期间改变在工件上的加工射束的功率密度。通过该措施可以有针对性地调设凹部的深度和/或形状。功率密度的在产生凹部期间的变化优选通过由改变焦点位置来改变在工件上的射束直径而引起。特别优选地，为此目的，在产生凹部期间，改变射束头在工件或(第一)工件表面的平面上方的高度，即将射束头以垂直于(第一)工件表面的平面的运动分量(典型地沿竖直方向)移动。在产生凹部期间改变焦点位置仅是改变在工件上的加工射束的功率密度的一种可能性。对于本领域内技术人员而言已知其它可能性，尤其是改变工作气体的类型和组分。
53.典型地，在产生凹部和缝隙期间加工射束的射束轴线总是垂直于平面的工件支架或垂直于被照射的(第一)工件表面的平面，即射束轴线与工件支架之间的角为90
°
。这带来控制技术上的优点。此外可以节约用于加工射束相对于工件支架的平面的相应可偏转性的技术实施的成本。
54.然而也可以考虑，在照射工件时改变射束轴线，其中，射束轴线在产生缝隙期间和/或产生凹部期间至少暂时相对于工件支架或相对于被照射的(第一)工件表面的平面占据不同于90
°
的角。加工射束的定向可以通过射束头的可偏转性(机械地)实现和/或通过加工射束的可偏转性(光学地)实现。例如可以通过在产生凹部期间加工射束的偏转扫过工件的较大区域，这可以是有利的。
55.根据本发明方法的另一构型，通过加工射束实现对缝隙和/或凹部的再加工。加工射束针对该再加工具有在工件上的如下功率密度，该功率密度如此测定，使得不分开工件，即在工件中不产生贯穿部。而是功率密度如此测定，使得不分离并且不接合地加工工件。在缝隙和/或凹部的再加工中能够实现和设置不同的应用情况。典型地，但非强制地共同加工缝隙和凹部。
56.在一种应用情况下，除去在凹部和/或缝隙的区域中通过工作气体氧气产生的氧化层。在另一应用情况下，除去在凹部和/或缝隙的区域中的毛刺(例如微毛刺)。毛刺经常位于背离加工射束的(第二)工件表面上。在另一应用情况下，对工件热处理、例如硬化或软性退火。在另一应用情况下，凹部和/或缝隙设有涂层(例如锌涂层)。这可以以简单的方式通过添加产生涂层的物质(例如锌)给涂覆气体束而实现。涂覆气体束不同于与加工射束同轴地引导的工作气体束。通过该措施也可以特别有利地热分离加工已经涂覆的工件。除射束加工之外的可能的再涂覆是不需要的。
57.根据本发明用于对工件进行射束加工的方法不限于上述应用情况。而是可以考虑多种另外的应用情况。在工件的再加工中可以单独地或以任意组合地实现上述应用情况以及另外的应用情况。
58.根据本发明的一个构型，穿过缝隙在工件的未被照射的(第二)工件表面中通过加工射束产生第二凹部。为此目的适合地调设在工件上的焦点位置和功率密度。缝隙可以以这种方式例如在工件的两个工件表面上设有相应的倒棱。
59.此外，本发明扩展到一种射束加工装置，其具有由射束头引导的加工射束，用于对例如板状或管状工件进行射束加工，所述射束加工装置具有用于控制/调节工件的射束加工的电子控制装置，该电子控制装置设置为用于(通过程序技术)执行根据本发明的方法。
60.此外，本发明扩展到一种用于这样的射束加工装置的适用于数据处理的电子控制装置的程序代码，其包含控制命令，该控制命令促使控制装置执行根据本发明的方法。
61.此外，本发明扩展到一种计算机程序产品(存储介质)，其具有储存的用于这样的射束加工装置的适用于数据处理的电子控制装置的程序代码，其包含控制命令，该控制命令促使控制机构执行根据本发明的方法。
62.当然，本发明的上述构型可以单独地或以任意组合地使用，而不脱离本发明的保护范围。
附图说明
63.现在根据实施例详细地阐述本发明，其中参照附图。附图示出了：
64.图1用于执行根据本发明的用于对工件进行射束加工的方法的示例性的射束加工装置的示意图；
65.图2
‑
9根据本发明的方法的不同构型；
66.图10根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
67.首先看图1，其中直观示出本身已知的用于射束切割板状工件的射束加工装置。总体上用附图标记1标明的射束加工装置包括射束切割装置2(其具有射束头3)和工作台4(其具有用于工件9、例如平面板材堆垛的平面的工件支架5)(在图1中未示出，参见图2至6)。工件支架5被横梁6跨越，该横梁沿着第一轴线方向(x方向)可移动地引导。
68.在横梁6上安装有用于射束头3的引导滑座7，该引导滑座在横梁6上沿着垂直于第一轴线方向的第二轴线方向(y方向)可移动地引导。因此，射束头3可以在通过两个轴线方向(x、y方向)展开的平面内平行并相对于例如水平的工件支架5移动。此外，射束头3构造为可沿垂直于第一和第二轴线方向的第三轴线方向(z方向)在高度上移动，由此改变垂直于工件支架5或者说工件9的间距。在水平的工件支架5中，z方向相应于重力方向。射束头3在其面向工件支架5的一侧上具有朝工件支架5锥形变细的射束喷嘴13。射束头3用于引导加工射束14(例如参见图2)，在此例如是激光束以及工作气体束15(在附图中未进一步示出)。加工射束由加工射束源8产生并且例如通过射束引导管和多个偏转镜或光导电缆引导至射束头3。通过聚焦透镜或适应性光学器件可以将加工射束以聚束的形式(即聚焦地)指向工件。由于射束头3沿着第一轴线方向(x方向)和第二轴线方向(y方向)的可移动性可以借助加工射束14移向工件9上每个任意点。工件9具有两个相互对置的工件表面10、11(例如参见图2)，其中，第一工件表面10面向射束喷嘴13，而第二工件表面11背离射束喷嘴13。通过射束头3沿z方向在高度上的可移动性，可以通过改变与第一工件表面10的间距来调设射束喷嘴13与工件9的工作间距。在射束加工之前、期间和之后可以调设射束头3与第一工件表面10的间距。加工射束14的焦点位置可以通过改变射束喷嘴13与第一工件表面10的间距以及通过在射束头3中的光学元件、例如适应性光学器件来调设。
69.工作气体束15(在附图中未进一步示出)用于从切割缝隙和凹部驱除熔融物。工作气体束15由未示出的气体束产生装置产生。作为惰性工作气体例如使用氦(he)、氩(ar)或氮(n2)。作为反应工作气体通常使用氧(o2)。已知地也使用气体混合物。工作气体束15从射束喷嘴13喷出并与加工射束14同轴地引导到加工位置处并且在那里以由气体束产生装置预给定的(初始)气压到达工件9的第一工件表面10上。
70.如在图1中所示地，平面的工件支架5例如由多个具有例如三角形构造的承载点尖端的支承元件组成，各支承元件共同限定用于待加工的工件9的支承平面。各支承元件在此例如实施为长形的支承接片，所述支承接片分别沿着y方向延伸并且以例如恒定的间距以平行的布置方式沿着x方向彼此并排地布置。未进一步示出的是抽吸装置，通过该抽吸装置可以吸除在射束切割期间形成的切割烟雾、熔渣颗粒和小的废件。
71.程序控制的控制装置12用于控制/调节根据本发明的用于在射束加工装置1中对工件9进行射束加工的方法。
72.现在参照图2至9，其中直观示出根据本发明的用于通过图1的射束装置1对工件9进行射束加工的方法的示例性构型。出于简化示出的目的并且因为为了理解本发明足够的是，仅示出射束喷嘴13和从射束喷嘴13喷出的加工射束14以及工件9。
73.首先看图2，其中示出具有两个相互平行的、平坦的工件表面10、11的板状工件9和
射束喷嘴13。(上方的)第一工件表面10面向射束喷嘴13。(下方的)第二工件表面11背离射束喷嘴13。从射束喷嘴13喷出的加工射束14(以及未进一步示出的工作气体束15)到达第一工件表面10上。加工射束14以具有中心的射束轴线20的射束锥的形式构造并且在焦点19处聚焦。中心的射束轴线20(其相应于射束锥的对称轴线)垂直于第一工件表面10指向。射束喷嘴13具有与第一工件表面10的相对较大的工作间距a，并且焦点19靠近射束喷嘴13，其中，工件9位于加工射束14的发散区域中，这导致在工件9或者说第一工件表面10上具有相对较大的射束直径d的相对较宽的射束斑点21。射束直径d垂直于射束轴线20地并且在加工射束14到达工件9上的位置处测得。如此选择焦点位置和从而射束直径d，使得加工射束14的在工件9上的功率密度相对较小，并且加工射束14仅产生凹部17，而不穿透(非分离的加工)工件9。
74.在产生凹部17时，加工射束14或者说射束喷嘴13在平行于工件支架5的平面的(水平)平面中运动。在产生凹部17时，加工射束14的运动原则上包括至少一个水平运动分量。加工射束14的运动也可以由两个相互垂直的(例如水平的)运动分离(x和y方向)组成，其中，加工射束14沿着弯曲的轨迹25、尤其沿着打开或闭合的圆形轨迹运动(也参见图7)。因此，凹部17总是具有长形或者说伸长的形状并且沿着直线或弯曲的轨迹25、尤其沿着闭合的轨迹，例如圆形闭合的轨迹延伸。凹部17的纵向形状或走势可以自由选择地限定。
75.垂直于延伸部地，凹部17可以自由选择地设有限定的横截面形状。尤其，在产生凹部17期间可以改变焦点位置和从而改变射束直径d，以便有针对性地调设凹部17的深度和/或横截面形状。在工件9上的射束直径d减小时，凹部17变得更深，即侧面变得更陡，相比之下，如果工件9上的射束直径d增大，则凹部17变得更浅，即侧面变得不太陡。
76.在图7中以示例性的方式示意地直观示出长形凹部17的产生。因此，加工射束14沿着弯曲(非直线的)轨迹25运动，其中，产生具有相应走势的凹部17。
77.现在补充地观察图3，在图3中根据与图2类似的示图直观示出在图7的凹部17内产生穿透工件9的缝隙18。射束头3或者说射束喷嘴13出于该目的朝向第一工件表面10(沿竖直方向)移动，使得与制造凹部17相比在射束喷嘴13与第一工件表面10之间存在明显更小的工作间距a。用于制造缝隙18的工作间距a例如比用于产生凹部17的工作间距a至少小6倍、尤其至少小10倍。以相应的方式，在工件上的射束斑点21和射束直径d明显更小。例如在工件上的射束斑点21的横截面至少小6倍、尤其至少小10倍。加工射束14的焦点19位于工件9内。具体地，用于产生缝隙18的射束直径d如此测得，使得在工件9上的加工射束14的功率密度导致工件9的分离加工(穿透)。
78.现在补充地观察图8。在产生缝隙18时，加工射束14在平行于工件支架5的平面的(水平)平面中移动。在产生缝隙18时，加工射束14的运动包括两个相互垂直的(例如水平的)运动分量(x和y方向)，其中，加工射束14沿着弯曲的轨迹25
‘
运动，由此产生缝隙18。沿着能够由工件9分离的工件部分26的(假想)轮廓27产生缝隙18。轮廓27在此例如具有非直线和非圆形的走势，其中，同样也能够实现圆形的走势。以相应的方式，也沿着工件部分26的轮廓27的一个区段产生凹部17。如在图8中直观示出地，凹部17不沿着整个轮廓27延伸，而是仅沿着其中一个区段。
79.缝隙18在凹部17内产生并延伸超过凹部17。缝隙18具有长形或者说伸长的形状。缝隙18的纵向形状或走势可以自由选择地限定，按照如下规定：缝隙18总是跟随凹部17并
至少构造在凹部17内。在凹部17内，缝隙18的走势相应于凹部17的走势。
80.在产生凹部17和缝隙18时的轨迹25、25
‘
例如相同或等距离地布置。如在图8中直观示出地，在产生缝隙18时将加工射束14通过凹部17引导出，并且使缝隙18闭合，从而将工件部分26(内部余料)从工件9切断。通过由剩余的工件、即剩余格栅28分离工件部分26，在剩余格栅28中产生贯穿部或者说孔29。
81.在一个未示出的变型中，凹部17例如可以具有圆形闭合的走势，其中，缝隙18遵循凹部17的走势，因此也会具有圆形闭合的走势。在这种情况下，将由工件9切下圆形或盘形的工件部分26，使得在剩余格栅28中产生圆形孔29。
82.也可以考虑，通过加工射束14不完全切下(切断)工件部分26，而是在工件部分26与剩余格栅28之间保留一个或多个接片(微接头)。这些接片可以通过加工射束14或者通过其它方式分开，以便由剩余格栅28移除工件部分26。例如可以将工件部分26从工件9拆出。
83.凹部17的形状和缝隙18的形状如此选择，使得关于垂直于凹部17的延伸部方向，缝隙18始终布置在凹部17内。在此与凹部17轨迹平行地产生缝隙18，其中，用于产生凹部17的轨迹25和用于产生缝隙18的轨迹25
‘
具有相同或等距离的走势。如在图8中直观示出地，缝隙18关于垂直于凹部17的延伸部方向例如布置在中央。在这种情况下，用于产生凹部17的轨迹25和用于产生缝隙18的轨迹25
‘
例如是相同的。
84.在凹部17的区域中，在凹部17内产生缝隙18，其中，如此引导加工射束14，使得用于产生缝隙18的射束斑点21仅位于凹部17内。凹部17在第一工件表面10上被(闭合的)凹部边缘22限界或者说围绕(umrandet)。凹部17是工件9在第一工件表面10上的下沉部或凹坑。凹部边缘22定义为工件9的这样的区域，在该区域上凹部17朝向工件9的内部开始变深。
85.射束斑点21和从而产生的缝隙18关于垂直于凹部17的延伸部方向总是与凹部边缘22间隔开(尤其在垂直于第一工件表面10的平面的视线上)，即缝隙18关于垂直于凹部17的延伸部方向总是与凹部边缘具有不等于零的间距。
86.优选地，缝隙18关于垂直于凹部17的延伸部方向在凹部17内居中，其中，缝隙18总是与凹部边缘22具有保持相同的(恒定的)最短间距。缝隙18在垂直于平坦的第一工件表面10的视线上、关于垂直于凹部17的延伸部方向位于凹部17内，即关于缝隙18和凹部17到第一工件表面10的平面内的(垂直)投影。凹部17朝向缝隙18深入，其中，缝隙18布置在凹部底部中。
87.凹部17可以是缝隙18的切割棱边的倒圆。特别有利地，凹部17如此构造，使得该凹部构成缝隙18的倒棱。优选地，缝隙18构造为闭合的缝隙、尤其是环形闭合的缝隙(环形缝隙)，使得孔留在工件9中。缝隙18(孔)则有利地可以用于固定从工件9切下的工件部分，该工件部分具有缝隙18(或者孔)，其中，螺钉头或铆钉头能够在凹部17的保留的剩余部分中下沉，该剩余部分用作倒棱。
88.凹部17在剩余格栅侧具有凹部区段16
‘
并且在工件部分侧具有凹部区段16。
89.在图9中示出在移除工件部分26之后的带有孔29的剩余格栅28。剩余格栅28在孔29上具有凹部17在剩余格栅28上保留的凹部区段16
‘
(另一凹部区段16位于移除的工件部分26上)。凹部区段16
‘
例如可以构造为倒棱。
90.尤其也可以是，孔29圆形地构造，并且例如以倒棱的形式构造完全环绕的凹部区段16
‘
。有利地，孔29、必要时连同一个或多个另外的孔位于较大的工件部分26
‘
的轮廓内，
该工件部分26
‘
可以被加工射束14切下。在图9中，较大的工件部分26
‘
根据轮廓线示意地示出。以这种方式可以特别简单地制造具有孔的工件部分(例如没有配属的凹部)，这些孔分别具有倒棱。这些孔尤其可以用于固定随后切下的工件部分。
91.参照图4至6，现在直观示出根据本发明的方法的不同的其它构型。这些构型分别涉及用于缝隙18和周围的凹部17的再加工的方法步骤。
92.在图4中直观示出一种情况，其中在射束喷嘴13与第一工件表面10之间的间距a较大，使得加工射束14以具有相对较大的射束直径d的相对较大的射束斑点21到达第一工件表面10上。加工射束14在第一工件表面10上的功率密度如此测得，使得加工射束14不穿透并不接合。在图4的再加工中，将氧化层由凹部17和缝隙18的面去除，所述氧化层在凹部17和缝隙18的制造中产生。氧化层可以良好地通过剥落去除。凹部17的形状和深度以及缝隙18的大小由此仅不重要地改变。
93.在图5中直观示出一情况，其中对氧化物去除补充地，凹部17和缝隙18的面设有涂层(例如锌涂层)。为此，与加工射束14同轴引导的涂覆气体束23指向凹部17和缝隙18。在涂覆气体束23中包含涂覆材料24(例如锌)。涂覆材料24被添加给涂覆气体束23，该涂覆气体束优选地完全照射凹部17和缝隙18，这导致涂覆材料24在那里沉积并形成涂层(例如锌涂层)。射束喷嘴13与第一工件表面10的间距以及焦点位置可以如在图4中那样。参照在那里的实施方式。对氧化物去除替代地也可以实施涂覆。
94.在图6中直观示出一种情况，其中与第二工件表面11(工件9的下侧)邻接地通过加工射束14去除毛刺。此外可以对在缝隙18的工件下侧上的切割棱边进行倒圆。也可以是，类似于第一工件表面10(工件9的上侧)地产生凹部17，该凹部例如用作用于缝隙18的倒棱。缝隙18因此在工件9的两个工件表面10、11上具有分别通过凹部17形成的倒棱。用于实现加工射束14的所希望的功率密度的焦点位置和射束直径分别能够相应地调设。
95.不同的再加工可以单独地或以任意组合地实施。在每个再加工期间，可以平行于第一工件表面10(典型地在至少一个水平方向上)和/或垂直于第一工件表面10(典型地沿垂直方向)移动射束喷嘴13。同样可以考虑，将射束轴线20相对于垂线朝第一工件表面10偏转。
96.在根据本发明的方法的上述构型中，在各种情况下产生多个具有相应缝隙18的凹部17，其中，可以在还未切断的工件部分26
‘
中构造一个或多个具有相应缝隙18的凹部17。如果在工件9中产生多个具有相应缝隙18的凹部17，则可以是，在产生相应的凹部17之后直接紧接着在凹部17内产生缝隙18。然而也可以是，直接连续地产生多个凹部17，而无需在产生两个凹部17之间产生缝隙18，紧接着在相应的凹部17内产生缝隙18，其中，直接连续地产生缝隙18，而无需在产生两个缝隙18之间产生凹部17。也就是说，首先产生多个凹部17，并且紧接着在凹部17内产生缝隙18。如果应在产生凹部17之后产生缝隙18，则为此目的通过改变焦点位置适合地调设(即减小)工件9上的射束直径以产生缝隙18。尤其通过将射束头3朝第一工件表面10移动而减小射束头3与工件9的工作间距来调设焦点位置。如果应在产生缝隙18之后产生凹部17，则为此目的通过改变焦点位置来适合地调设(即增大)工件9上的射束直径以产生凹部17。尤其通过将射束头3远离第一工件表面10移动而增大射束头3与工件9的工作间距来调设焦点位置。
97.在图10中示出根据本发明的方法的流程图。
98.该方法包括三个按照顺序的步骤。它们是：第一步骤i，其中在工件9中通过加工射
束14产生至少一个凹部17；第二步骤ii，其中改变加工射束14的焦点位置，使得加工射束14在工件9上具有较小的射束直径；以及第三步骤iii，其中在相应的凹部17内(和必要时附加地在相应的凹部外)通过具有改变的焦点位置的加工射束14产生缝隙18。
99.如由之前描述所得出的那样，本发明提供一种用于对工件进行射束加工的新方法，通过该方法在工件中的凹部内能够以简单和成本低的方式高效地制造缝隙。尤其可以由此在工件中制造带有相应倒棱的孔。可以省去切割棱边的费事的机械再加工，例如用于使切割棱边倒圆或产生倒棱。根据本发明的方法在已经存在的射束加工装置中的执行能够以简单的方式实现，而无需为此设置复杂的技术措施。而是通过仅介入到机器控制中就能够实现通过根据本发明的方法对工件的期望的射束加工。
100.附图标记列表
[0101]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束加工装置
[0102]2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束切割装置
[0103]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束头
[0104]4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工作台
[0105]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工件支架
[0106]6ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
横梁
[0107]7ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
引导滑座
[0108]8ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加工射束源
[0109]9ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工件
[0110]
10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一工件表面
[0111]
11
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二工件表面
[0112]
12
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制装置
[0113]
13
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束喷嘴
[0114]
14
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
加工射束
[0115]
15
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
工作气体束
[0116]
16、16
‘ꢀ
凹部区段
[0117]
17
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹部
[0118]
18
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
缝隙
[0119]
19
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焦点
[0120]
20
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束轴线
[0121]
21
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
射束斑点
[0122]
22
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
凹部边缘
[0123]
23
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
涂覆气体束
[0124]
24
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
涂覆材料
[0125]
25、25
‘ꢀ
轨迹
[0126]
26、26
‘ꢀ
工件部分
[0127]
27
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
轮廓
[0128]
28
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
剩余格栅
[0129]
29
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
孔