(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
未加工品を加工するためのレーザ加工装置（１）においてレーザ加工ビームのレーザビーム軸（８）と加工ガス流（１６）のガス流軸（１７）の相互位置を求めるための方法であって、当該レーザ加工装置では、前記レーザ加工ビームと前記加工ガス流（１６）とが、レーザ加工装置のレーザ加工ヘッド（５）から、処理されるべき未加工品に向けられ、
・前記レーザ加工ヘッド（５）および軸位置検出エレメント（１８、１９）を相対的に、軸位置検出運動によって放射軸横方向に動かし、前記レーザ加工ヘッド（５）は前記レーザービーム軸（８）に対する基準エレメントであり、当該レーザビーム軸（８）は第１の放射軸によって表され、さらに前記レーザ加工ヘッド（５）は前記ガス流軸（１７）に対する基準エレメントであり、当該ガス流軸（１７）は第２の放射軸によって表され、
・前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の実際位置と、前記レーザビーム軸（８）と前記ガス流軸（１７）とが相互目標位置にある場合の前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の目標位置とを比較し、前記実際位置には、前記第１の放射軸と前記軸位置検出エレメント（１８、１９）並びに前記第２の放射軸と前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の同じ相対位置が割り当てられている形式の方法において、
・軸位置検出エレメント（１８、１９）である、偏位可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）に、前記レーザ加工ヘッド（５）から、ガス流の形態の、軸位置検出のための第２の放射を負荷し、当該放射は前記軸位置検出エレメント（１８、１９）に圧力を加えるための放射であり、
・前記レーザ加工ヘッド（５）および／または前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の前記実際位置の１つとして、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）へ前記第２の放射軸が最初に入射したときの前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の位置を、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の１つの目標位置と比較し、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）への前記第２の放射軸の最初の入射を、前記ガス流による当該軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初の偏位を介して定める、
ことを特徴とする、未加工品を加工するためのレーザ加工装置においてレーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸の相互位置を求めるための方法。
【請求項２】
軸位置を検出する第１の放射としての、前記レーザビーム軸（８）を有するレーザビームと、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）を相互に相対的に、放射軸横方向への軸位置検出運動で動かす、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）の同一の相対位置並びに第２の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）の同一の相対位置が、前記レーザ加工ヘッド（５）の同一の位置に割り当てられているか否かを検査する、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記レーザ加工ヘッド（５）および／または前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の別の実際位置として、前記第１の放射軸が前記軸位置検出エレメント（１８、１９）へ最初に入射したときの、前記レーザ加工ヘッド（５）ないし前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の位置を、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の１つの目標位置と比較する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
軸位置検出エレメント（１８、１９）である切断可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）を切断ビームの形態の、軸位置を検出するための第１の放射で負荷し、
前記第１の放射軸の、軸位置検出エレメント（１８、１９）への最初の入射を、前記切断ビームによる軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカットを介して、すなわち、前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングを介して定める、請求項４項記載の方法。
【請求項６】
切断可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）であるレーザ切断可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）をレーザ切断ビームの形態の、軸位置を検出するための第１の放射で負荷し、
前記第１の放射軸の、軸位置検出エレメント（１８、１９）への最初の入射を前記レーザ切断ビームによる軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカットを介して、すなわち、前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングを介して定める、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記切断ビームによる前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカットを、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の前記最初のカットの際に、すなわち、前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングの際に生じる加工光を介して検出する、請求項５または６項記載の方法。
【請求項８】
前記ガス流による前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の偏位を、前記レーザ加工ヘッド（５）と前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の間の間隔測定を用いて検出する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
未加工品を加工するためのレーザ加工装置（１）においてレーザ加工ビームのレーザビーム軸（８）と、加工ガス流（１６）のガス流軸（１７）の相互位置を調整するための方法であって、
当該レーザ加工装置では、前記レーザ加工ビームと前記加工ガス流（１６）とが、レーザ加工装置のレーザ加工ヘッド（５）から、処理されるべき未加工品に向けられ、
前記レーザビーム軸（８）と前記ガス流軸（１７）の相互位置が相互目標位置から偏差を有している場合には、当該位置偏差を、レーザビーム軸（８）の位置を調整すること、および／または前記ガス流軸（１７）の位置を調整することによって修正する形式の方法において、
請求項１から８までのいずれか１項に記載された方法に従って、レーザ加工ビームのレーザビーム軸（８）と加工ガス流（１６）のガス流軸（１７）の相互位置を求め、
前記レーザビーム軸（８）と前記ガス流軸（１７）の相互位置が相互目標位置から偏差を有している場合には、当該位置偏差に合わせた調整量を形成し、当該調整量に基づいて前記位置偏差を修正する、
ことを特徴とする、レーザ加工装置でのレーザ加工ビームのレーザビーム軸と、加工ガス流のガス流軸の相互位置を調整するための方法。
【請求項１０】
未加工品を加工するレーザ加工装置であって、
当該レーザ加工装置はレーザ加工ヘッドを有しており、
当該レーザ加工ヘッドから、レーザビーム軸（８）を伴うレーザ加工ビームと、ガス流軸（１７）を伴う加工ガス流（１６）が前記未加工品（６）に向けられ、
前記レーザ加工装置はさらに前記レーザビーム軸（８）と前記ガス流軸（１７）の相互位置を求めるための装置を有しており、
・前記レーザビーム軸（８）と前記ガス流軸（１７）の相互位置を求めるための装置は、軸位置検出エレメント（１８、１９）並びに評価装置を含んでおり、
・前記レーザ加工ヘッド（５）および軸位置検出エレメント（１８、１９）は相対的に、軸位置検出運動によって放射軸横方向に動かされ、前記レーザ加工ヘッド（５）は前記レーザービーム軸（８）に対する基準エレメントであり、当該レーザビーム軸（８）は第１の放射軸によって表され、さらに前記レーザ加工ヘッド（５）は前記ガス流軸（１７）に対する基準エレメントであり、当該ガス流軸（１７）は第２の放射軸によって表され、
・前記評価装置によって、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の実際位置が検出され、当該実際位置には第１の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）並びに第２の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）の同じ相対位置が割り当てられており、
・前記評価装置によって、当該検出された実際位置が、前記レーザビーム軸（８）とガス流軸（１７）とが相互目標位置にある場合の前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の目標位置と比較される装置において、
・軸位置を検出するための第２の放射として、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）に圧力を加えるための放射であるガス流を設定し、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）として、当該ガス流の作用によって偏位可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）を設定し、
・前記評価装置によって、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の前記実際位置の１つとして、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）へ前記第２の放射軸が最初に入射したときの前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の位置が検出され、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の１つの目標位置と比較され、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）への前記第２の放射軸の最初の入射は前記ガス流による当該軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初の偏位を介して定められる、
ことを特徴とする、未加工品を加工するレーザ加工装置。
【請求項１１】
軸位置を検出するための第１の放射として、レーザビーム軸（８）を伴うレーザビームが設定されている、請求項１０記載のレーザ加工装置。
【請求項１２】
第１の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）の同一の相対位置並びに第２の放射軸と軸位置検出エレメント（１８、１９）の同一の相対位置が、前記レーザ加工ヘッド（５）の同一の位置に割り当てられているか否かが、前記評価装置によって検査される、請求項１０または１１記載のレーザ加工装置。
【請求項１３】
前記評価装置によって、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の別の実際位置として、前記第１の放射軸が前記軸位置検出エレメント（１８、１９）へ最初に入射したときの、前記レーザ加工ヘッド（５）ないし前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の位置が検出される、請求項１０から１２までのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１４】
軸位置検出のための第１の放射として切断ビームが設定され、軸位置検出エレメント（１８、１９）として切断可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）が設定されており、
前記第１の放射軸の、軸位置検出エレメント（１８、１９）への最初の入射が、前記切断ビームによる軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカットを介して、すなわち、前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングを介して定められる、請求項１３記載のレーザ加工装置。
【請求項１５】
切断ビームとしてレーザ切断ビームが設定され、軸位置検出エレメント（１８、１９）としてレーザ切断可能な軸位置検出エレメント（１８、１９）が設定されており、
前記第１の放射軸の、軸位置検出エレメント（１８、１９）への最初の入射が前記レーザ切断ビームによる軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカットを介して、すなわち、前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングを介して定められる、請求項１４記載のレーザ加工装置。
【請求項１６】
前記評価装置は加工光センサを含んでおり、当該加工光センサによって、切断ビームによる軸位置検出エレメント（１８、１９）の最初のカット、すなわち前記切断ビームによる、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）内へのピアッシングが、当該最初のカットの際に生じる加工光を介して検出される、請求項１４または１５記載のレーザ加工装置。
【請求項１７】
前記評価装置は間隔センサを含み、当該間隔センサを用いて、前記レーザ加工ヘッド（５）に対する、前記軸位置検出エレメント（１８、１９）の偏位が検出される、請求項１０から１６までのいずれか１項記載のレーザ加工装置。
【請求項１８】
前記レーザビーム軸（８）とガス流軸（１７）の相互位置を求める装置は、レーザビーム軸（８）とガス流軸（１７）の相互位置を調整する装置の一部分を構成し、
該調整装置は付加的に計算ユニット並びにレーザビーム軸（８）および／またはガス流軸（１７）に対する位置制御部を含んでおり、
前記計算ユニットは、レーザビーム軸（８）とガス流軸（１７）の相互位置を求める装置と接続されており、
当該計算ユニットによって、前記相互位置を求める装置によって実施された、前記レーザ加工ヘッド（５）および／または軸位置検出エレメント（１８、１９）の実際位置と目標位置の比較の結果に基づいて、前記実際位置と目標位置の間に偏差がある場合に、レーザビーム軸（８）および／またはガス流軸（１７）に対する位置制御に対して調整量が形成され、
レーザビーム軸（８）とガス流軸（１７）の相互実際位置を相互目標位置に移行させるように、前記レーザビーム軸（８）および／またはガス流軸（１７）に対する位置制御を、当該調整量に基づいて駆動制御することができる、請求項１０から１７までのいずれか1項記載のレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、未加工品を加工するレーザ加工装置でのレーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸の相互位置を求めるための方法並びに、未加工品を加工するレーザ加工装置でのレーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸の相互位置を調整するための方法である。当該レーザ加工装置では、前記レーザ加工ビームと前記加工ガス流とが、レーザ加工装置のレーザ加工ヘッドから、処理されるべき未加工品に向けられる。ここで一方でレーザビーム軸の軸位置を検出するための放射並びに、ガス流軸の軸位置を検出するための放射と、他方で、軸位置検出エレメントとが、軸位置検出運動によるレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドと軸位置検出エレメントの相応する相対運動によって放射軸横方向へ相対的に動かされる。レーザビーム軸とガス流軸の相互位置が相互目標位置と偏差している場合には、この位置偏差は、レーザビーム軸の位置を調整すること、および／またはガス流軸の位置を調整することによって修正される。
本発明はさらに、未加工品を加工するレーザ加工装置に関する。このレーザ加工装置はレーザ加工ヘッドを有しており、このレーザ加工ヘッドから、レーザビーム軸を備えたレーザ加工ビームと、ガス流軸を備えた加工ガス流が未加工品に向けられる。さらにレーザ加工装置は、レーザビーム軸とガス流軸の相互位置を求めるための装置を有している。レーザビーム軸とガス流軸の相互位置を求めるための装置は、軸位置検出エレメント並びに評価装置を含んでいる。一方でレーザ加工装置のレーザ加工ヘッドおよび軸位置検出エレメントひいては、レーザビーム軸の軸位置を検出するための放射およびガス流軸の軸位置を検出するための放射は、並びに他方で軸位置検出エレメントは相互に相対的に軸位置検出運動によって放射軸横方向へ動かされる。評価装置は、レーザ加工ヘッドおよび／または軸位置検出エレメントの実際位置を検出し、当該実際位置には、軸位置検出エレメントに対するレーザビーム軸およびガス流軸の軸位置を検出するための放射の軸の同一の相対位置が割り当てられている。評価装置によって、検出された実際位置が、レーザビーム軸とガス流軸とが相互目標位置にある場合のレーザ加工ヘッドおよび／または軸位置検出エレメントの目標位置と比較される。
【０００２】
種々異なる様式の未加工品レーザ加工では、レーザ加工ビームの他に付加的に、加工ガス流が加工箇所に向けられる。レーザ切断の場合には、例えば加工ガスとして酸素または不活性ガス（例えば窒素またはアルゴン）が使用される。切断用ガスによって、切断プロセス中に生じた溶融した材料が切断溝から吹き飛ばされる。切断用ガスとして酸素を供給する場合にはこれに加えて、加工箇所での酸化過程によって切断プロセスがサポートされる。各場合に、目的に応じたレーザ加工ビームと加工ガス流の相互位置が必要とされる。  レーザ切断時には、該当する未加工品に向けられたレーザ加工ビームのレーザビーム軸と未加工品に向けられた切断用ガス流のガス流軸が相互に一致している場合に、最適な加工結果が得られる。種々の理由（例えばレーザ加工ヘッドのレーザノズルの汚れによって）、一度調整された、レーザビーム軸とガス流軸の相互目標位置は、レーザ加工装置の作動時には時間的に制限されてのみ維持される。従って最適な加工結果を得るために、レーザビーム軸とガス流軸の相互位置が監視され、相互目標位置との間に不所望な偏差がある場合には、修正されるべきである。
【０００３】
ジャンルに適した従来技術はＪＰ−ＯＳ５−２５３６８５号に開示されている。この文献は、光電検出器の形状の軸位置検出エレメントを開示している。これらの軸位置検出エレメントは、加工テーブルの上に取り付けられており、テーブルを相互に垂直な２つの軸方向に動かすことによって、光放射に対して相対的に動かされる。その放射軸は、既知のレーザ加工装置でのガス流軸をあらわしている。
さらなる従来技術が、ＪＰ−ＯＳ５８−２１８３９０号から公知である。この場合には、レーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸を求め、調整するために、まずは、既知の機械のレーザ加工ヘッドがテスト用未加工品の方向へ動かされる。その後、レーザ加工ビームを短時間スイッチオンすることによってこのテスト用未加工品内に突き刺さり、テスト用未加工品内に小さい孔が設けられる。レーザ加工ビームをスイッチオフしたときに、これに続いて、レーザ加工ヘッドのレーザノズルから流出した加工ガス流が放射横方向へ、テスト用未加工品にわたって動かされる。レーザノズルはここで、レーザ加工ヘッドの位置固定されたハウジングに対して相対的にシフトされ、テスト用未加工品に対して次のような位置に運ばれる。すなわち、レーザノズルから流出した加工ガス流がテスト用未加工品の小さい孔を貫通し、テスト用未加工品の下方に形成される圧力が自身の極大値に達するような位置に運ばれる。レーザノズルがこの極大圧力に割り当てられた位置を取ると、レーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸は相互に一致する。
放射横方向おける軸位置検出運動によって、ＪＰ−ＯＳ５８−２１８３９０号に記載された従来技術の場合には、加工ガス流のガス放射軸のみが動かされる。このような運動は、レーザ加工ヘッドの位置固定されたハウジングに対してレーザノズルをシフトさせることによって動かされる。レーザノズルをシフトさせるために、特にこのために設けられた位置調節機構が用いられる。レーザノズルは、ガス流軸に対する基準エレメントを形成する。
ＤＥ４３３６１３６Ａ１号では、レーザ加工ビームの加工箇所がカメラを用いて、レーザ加工ヘッドのレーザノズルのノズル開口部を通じて検出される。信号を評価することによって、場合によって生じ得る加工箇所のずれ、ひいてはレーザノズルでの加工ガス流のガス流軸の位置を定めるノズル開口部中心に対するレーザ加工ビームのレーザビーム軸のずれが求められる。レーザビーム軸とガス放射軸との求められたずれは、最終的に、２つの軸の相互位置の修正に対するベースとなる
【０００４】
レーザ切断装置でのレーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求める別の方法は、作動プラクシスから、いわゆる「Ｔａｐｅｓｈｏｔ方法」として知られている。この場合には、まずレーザ切断ヘッドのレーザノズルのノズル開口部に接着バンドが貼り付けられる。引き続き、短い時間、レーザ切断ビームがノズル開放部を通って配向される。このレーザ切断ビームによって接着バンドに作成された孔の中心と、レーザノズルの中心の相互位置が最終的に、レーザビーム軸とガス流軸の相互位置として検出される。相互目標位置との間に偏差がある場合には、レーザ切断ビームないし切断用ガス流の位置が、位置偏差を除去するために修正される。
【０００５】
レーザ加工装置の通常機能に合わせて、レーザビーム軸とガス流軸の相互位置を求め、必要によっては相応に調整することを可能にすること、およびそこでこのような位置特定ないし位置調整が実現されるレーザ加工装置を提供することを、本発明は目標にした。
本発明では、上述の課題は請求項１および１０に記載された方法並びに請求項１１に記載されたレーザ加工装置によって解決される。
【０００６】
特許請求の範囲に記載された方法および特許請求の範囲に記載されたレーザ加工装置の場合には、レーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸の相互位置を求めるために一方では、放射軸がレーザ加工ビームのレーザビーム軸をあらわす、軸位置を検出するための第１の放射と、放射軸が加工ガス流のガス流軸をあらわす、軸位置を検出するための第２の放射と、他方では、軸位置検出エレメントが、放射横方向ないしは放射軸横方向へ相互に相対的に動かされる。これによって、軸位置を求めるための運動が行われる。これは、自身の様式に従って、レーザ加工装置の通常作動においても（例えばレーザ加工ビームを、加工されるべき未加工品に対してポジショニングするために、または未加工品を加工するために）実行される。殊に、一方で軸位置を検出するための第１の放射および軸位置を検出するための第２の放射の軸位置検出運動、他方で、軸位置検出エレメントの軸位置検出運動のために、駆動部および駆動制御部ないしは運動制御部を用いることが可能である。これらはレーザ加工装置の通常作動のためにいずれにせよ必要である。本発明のコンセプトによって、「レーザビーム軸とガス流軸の相互位置を求める」機能を、レーザ加工装置の通常の機能に組み込むことができる。
レーザ加工装置のレーザ加工ヘッドは、レーザビーム軸に対しておよびガス流軸に対して基準エレメントを構成する。軸位置検出エレメントとして、本発明では、偏位可能な軸位置検出エレメントが設定される。この軸位置検出エレメントには、ガス流軸の軸位置を検出するためにレーザ加工ヘッドによって、圧力媒体放射が負荷される。すなわち、軸位置検出エレメントに圧力を加えるための放射が負荷される。レーザビーム軸とガス流軸の相互位置は、次のような位置に基づいて求められる。すなわち、レーザ加工ヘッドおよび／または軸位置検出エレメントが、ガス流軸の軸位置を検出するための放射の放射軸が最初に軸位置検出エレメントに入射した時点で取っている位置に基づいて求められる。軸位置検出エレメントへの上述した放射軸の最初の入射は、圧力媒体放射による軸位置検出エレメントの最初の偏位を介して定められる。軸位置検出エレメント上への上述した放射軸のこの最初の入射によって、軸位置検出装置の明確に定められた状態が、レーザ加工ヘッドの位置ないしは軸位置検出エレメントの位置の検出のためのリリーサーとして設定される。その結果、実際に、レーザビーム軸およびガス流軸の位置ないしはその相対位置の正確な推測を可能にする、レーザ加工ヘッドないしは軸位置検出エレメントの位置が検出されることが保証される。
【０００７】
請求項１および９に記載された方法の特別な実施形態は、従属請求項２〜８に記載されている。請求項１０に記載されたレーザ加工装置の特別な実施形態は、従属請求項１１〜１８に記載されている。
【０００８】
請求項１および１１によれば、軸位置を検出するための第２の放射として、ガス流の形態の圧力媒体放射が用いられる。軸位置検出のためのガス流として加工ガス流を使用することは必ずしも必要ではない。例えばコスト的な理由から、比較的高価な加工ガスではなく、廉価なガス（例えば大気）によって、軸位置検出のためのガス流を生成するのは有利である。
【０００９】
請求項２および１１によれば、本発明の有利な構成において、軸位置検出のための第１の放射として、レーザビーム軸を有するレーザビームが用いられる。軸位置検出のために用いられるレーザビームは、必ずしも、レーザ加工装置の通常作動時に該当する未加工品に向けられるレーザ加工ビームのことではない。例えば、軸位置検出のために、通常の未加工品処理のためには不十分な僅かなビームパワーを伴うレーザビームを使用することができる。
できるだけ実質的に、通常の装置作動中に、加工されるべき未加工品に向けられるレーザ加工ビームと一致する軸位置検出放射のために、並びに相応する加工ガス流と一致する軸位置検出放射のために、レーザ加工ビームのレーザビーム軸と加工ガス流のガス流軸の相対位置を次のような条件下で求めることができる状況が適している。この条件は、通常の装置作動中の条件に少なくとも非常に近く、従って、通常の装置作動中での割合を実際に反映している結果をもたらす。
【００１０】
請求項３および１２は、本発明のコンセプトを、レーザビーム軸とガス流軸の一致が必要なケースにおいて実行することに関する。このような使用ケースはレーザ切断である。
【００１１】
請求項５〜８および１４〜１７によれば、本発明の場合に有効であり、既存の装置を用いて実現可能な、軸位置検出エレメントへの、レーザビーム軸およびガス流軸の軸位置を検出するための放射の放射軸の最初の入射を定めるないし検出する手法が選択されている。従って例えば、通常の装置作動中のレーザ加工ビームの未加工品側の加工箇所での加工光の検出が、未加工品でのピアッシング過程（Einstechvorgang）の制御および監視のために用いられる。間隔測定は、例えばレーザ加工装置の切断作動時には通常のことである。ここでレーザノズルと未加工品の間の間隔は、レーザビーム焦点の位置が未加工品に対して同じままに保たれることを保証するために検出および監視される。
【００１２】
請求項２０は、レーザ加工装置に関する。ここでは請求項１０に記載された、レーザビーム軸とガス流軸の相互位置を自動調整するための方法が置き換えられる。
【００１３】
以下では本発明を、例として示された概略的な図面に基づいてより詳細に説明する。
図１は、レーザ切断ビームを用いた未加工品切断加工時並びに加工箇所上での切断ビーム負荷時のレーザ切断装置であり、
図２は、レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求める際の、図１に示されたレーザ切断装置であり、
図３は、図１および図２に記載されたレーザ切断装置のレーザ切断ヘッドを断面図で示したものであり、
図４〜図７は、レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求めるためのフローである。
【００１４】
図１によると、レーザ切断装置１として構成されたレーザ加工装置は装置テーブル２を有している。この装置テーブルでは装置用ブリッジ３が第１の軸方向（Ｘ方向）で走行可能に案内される。装置用ブリッジ３は自身の側で、横方向支持体でガイドキャリッジ４を有している。このガイドキャリッジは、浮いた状態で示されているレーザ加工ヘッドないしレーザ切断ヘッド５を有している。ガイドキャリッジ４とともに、レーザ切断ヘッド５は、第２の軸方向（Ｙ方向）に、装置用ブリッジ３の横方向支持体に沿って走行可能である。さらに、レーザ切断ヘッド５は、ガイドキャリッジ４に対して相対的に、第３の軸方向（Ｚ方向）で可動である。レーザ切断ヘッド５の下方では未加工品が板６の形で未加工品台７上に載せられている。
【００１５】
板６を加工するためにレーザビームが用いられる。このレーザビームは図では、レーザビーム軸８とともに示されている。レーザビームはレーザビーム源９によって生成され、ビームガイド管１０を通って、並びに偏向ミラー１１、１２を介して、レーザヘッド５内部に取り付けられた焦点合わせ光学素子１３(レンズまたはミラー）に案内される。焦点合わせ光学素子１３はレーザビームを収束し、これをレーザ切断ビームとして板６上に向ける。装置ブリッジ３並びにガイドキャリッジ４の上述した走行性に基づいて、レーザ切断ビームによって、板６の各任意の点が加工される。図示された例において板６に調整されたキャリッジ１４が図１に示されている。Ｚ方向でのレーザ切断ヘッド５の可動性は、板横方向においてレーザ切断ビームの焦点位置を調整するために使用される。
【００１６】
空間の３つの方向でレーザ切断ヘッド５を走行させるために、レーザ切断装置１のモータ駆動部が用いられる。このモータ駆動部は数値式制御部１５を用いて制御される。レーザ切断装置１の通常機能も、制御に関連して、この数値式制御部１５内に組み込まれる。
【００１７】
レーザ切断ビームと共に、レーザ切断ヘッド５から、加工ガス流が、切断用ガス流１６の形状で板６に向けられる。板６に課された切断用ガス（図示された場合に窒素ガス）は、レーザ切断ビームの板側の加工箇所で形成された金属溶解物を、形成された切断溝から吹き飛ばすために用いられる。理想的には、レーザ切断ビームのレーザビーム軸８と切断用ガス流１６のガス流軸１７は相互に一致する。このような最適な、レーザビーム軸８とガス流軸１７の相互位置を伴って、レーザ切断軸装置１が図１で示されている。
【００１８】
レーザ切断装置１の作動中に、レーザ切断ビーム８ないし切断用ガス流１６のアライメントがずれる恐れがある。該当する目標位置からの、レーザビーム軸８とガス流軸１７の相互実際位置の、場合によって起こり得る偏差を求めるために、軸位置検出エレメント１８、１９が用いられる。この軸位置検出エレンメントは、装置テーブル２の長手方向終端部、ひいてはレーザ切断ヘッド５の処理領域の最も外側の縁部に取り付けられている。軸位置検出エレメント１８も、軸位置検出エレメント１９も、ばね鋼片である。軸位置検出エレメント１８は、Ｙ方向に延在している自身のエッジによって装置テーブル２と緊締されており、軸位置検出エレメント１９はＸ方向に延在している自身のエッジによって装置テーブル２と緊締されている。その他では、軸位置検出エレメント１８、１９はそれぞれ装置テーブル２から自由に突出している。軸位置検出エレメント１８の緊締されたエッジに直接的に続いているエッジはＸ方向に延在し、軸位置検出エレメント１９の緊締されたエッジに直接的に続いているエッジはＹ方向に延在している。レーザ切断装置１のＸ−Ｙ−Ｚ座標系における２つの軸位置検出エレメント１８、１９の位置が定められている。
【００１９】
レーザビーム軸８およびガス流軸１７の相互エラー調整を伴ったレーザ切断ヘッド５が図３に示されている。この図では同じように、レーザ切断ヘッド５のレーザノズル２０が検出されるべきである。このレーザノズルを通って、レーザビーム軸８を有するレーザ切断ビームと、ガス流軸１７を有する切断用ガス流１６が板６に向けられる。このために、レーザノズル２０には、ノズル開口部２１（例えば円形または環状すき間）が設けられている。ノズル開口部２１の中心点を通ってガス流軸１７が延在する。切断用ガスは、切断用ガス供給部２３から、ガス供給部２２を介してレーザ切断ヘッド５に供給される。切断用ガス供給部２３は、数値式制御部１５を用いて制御可能である。
【００２０】
レーザノズル２０は、従来の容量性間隔測定装置２４の一部である。このような様式の測定装置は例えばＴＲＵＭＰＦ社（Ditzingen, ドイツ連邦共和国）から、「ＤＩＡＳ」の名称で販売されている。このような間隔測定装置２４を用いて、レーザノズル２０の下面とレーザノズル２０に対向している金属製未加工品表面との間の間隔が求められる。間隔測定装置２４も、レーザ切断装置１の数値式制御部１５と接続されている。
【００２１】
図３には同じように、焦点合わせ光学素子１３のホルダー２５が示されている。ホルダー２５はレーザ切断ヘッド５のハウジングに、Ｘ方向およびＹ方向に送り可能に支承されている。場合によっては、調整駆動部２６を用いて送り運動が行われる。この調整駆動部は、自身の側で、レーザ切断装置１の数値式制御部１５によって制御される。
【００２２】
最後に、レーザ切断装置１には、図３で示された光学式加工光測定装置２７が設けられる。加工光測定装置２７も従来の構造様式である。この種の測定装置は例えばＴＲＵＭＰＦ社（Ｄｉｔｚｉｎｇｅｎ、ドイツ連邦共和国）からＰＣＳという名称で販売されている。加工光測定装置２７を用いて、レーザ切断ビームの板側の加工箇所で生じる加工光が測定される。加工光測定装置２７も、レーザ切断装置１の数値式制御部１５と接続されている。
【００２３】
相互目標位置との間に偏差が生じている、レーザビーム軸８とガス流軸１７の相互位置の検査時の手法を図４から図７に基づいて説明する。ノズル開口部２１はここでは環状の断面を有している。
【００２４】
図４では、レーザ切断ヘッド５が、レーザノズル２０を伴う、レーザビーム軸８およびガス流軸１７用の共通の基準エレメントとして、Ｙ軸の正の方向（Ｙ＋方向）に、軸位置検出運動によって、軸位置検出エレメント１８にわたって動かされる。ここで、運動方向に案内するノズル開口部２１の縁部部分を伴うレーザノズル２０が、金属製の軸位置検出エレメント１８上方に来ると、間隔測定装置２４による、レーザノズル２０と軸位置検出エレメント１８の間の間隔の特定が始まる。切断用ガス供給部２３はスイッチオンされ、切断用ガス流１６がレーザ切断ヘッド５から下方へ向けられ、まずはまだ軸位置検出エレメント１８から間隔が開けられている（図４の部分図（１））。
【００２５】
Ｙ＋方向へのレーザ切断ヘッド５の運動中に、切断用ガス流１６は軸位置検出エレメント１８に達する（図４の部分図（２）参照）。切断用ガスが軸位置検出エレメント１８へ最初に当たるとともに、軸位置検出エレメントは下方への偏位を始める。軸位置検出エレメント１８のこの偏位の開始は、間隔測定装置２４によって確認され、レーザ切断ヘッド５の位置Ｙ＋方向で検出された時点が記される。次のような前提の下で、ガス流軸１７が軸位置検出エレメント１８の前縁に達する、Ｙ＋方向におけるレーザ切断ヘッド５の位置が容易に得られる。すなわち、切断用ガス流１６の断面が理想的にはレーザノズル２０のノズル開口部２１の環状断面に相当するという前提と、ノズル開口部２１の半径が既知であるという前提である。図４の部分図（２）では、軸位置検出エレメント１８に切断用ガス流１６が最初に当たってから、ガス流軸１７が軸位置検出エレメント１８の前縁に達するまでの間に、レーザ切断ヘッド５が進まなければならない距離が「Ｓ１Ｙ」で示されている。
【００２６】
レーザ切断ヘッド５が継続してＹ＋方向に運動すると、ノズル開口部２１と軸位置検出エレメント１８の重畳が増大する。これは、軸位置検出エレメント１８の偏位の増大とも関わっている。
【００２７】
さらに、レーザ切断ヘッド５がＹ＋方向に運動すると、レーザビーム軸８も、軸位置検出エレメント１８の前縁に達する（図４の部分図（３））。これとは、レーザ切断ビームによる軸位置検出エレメント１８の最初のカット（Anschnitt）が関係している。レーザ切断ビームが軸位置検出エレメント１８内にピアッシングしたときに生じる加工光は、加工光測定装置２７によって検出され、Ｙ＋方向でのレーザ切断ヘッド５のこの位置が求められた第２の時点が記される。Ｙ＋方向におけるレーザ切断ヘッド５のこの位置は、切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８に最初に当たったときのレーザ切断ヘッド５の位置と比較される。図示された例の場合には、レーザ切断ヘッド５は、上述した２つの位置の間で距離「Ｓ２Ｙ」を進んだ。距離Ｓ２ＹはｄｓＹだけ、距離Ｓ１Ｙよりも長い。従ってｄｓＹは、Ｙ方向におけるレーザビーム軸８とガス流軸１７の相互のずれ分を示している。ｄｓＹはこのために設けられた、レーザ切断装置１の数値式制御部１５の評価装置を用いて求められる。
【００２８】
レーザ切断ビームは、軸位置検出エレメント１８内へのピアッシング直後にスイッチオフされる。レーザ切断ビームのスイッチオフは、レーザ切断装置１の数値式制御部１５を介して行われる。この制御部はレーザビーム源９を相応に駆動制御する。既存の前提とは異なり、切断用ガス流１６の半径ないし直径が既知でないという前提条件では、上述の方法は変えられるべきである。この場合には付加的に切断用ガス流１６の直径が求められる。
【００２９】
この場合には同じようにレーザ切断ヘッド５の位置が、切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８へ最初に入射したとき（図４の部分図（２））と、レーザ切断ビームが軸位置検出エレメント１８内にピアッシングしたとき（図４の部分図（３））に求められる。このような場合にも、レーザ切断ビームが軸位置検出エレメント１８内にピアッシングした直後にレーザ切断ビームがスイッチオフされる。しかしこの場合には、レーザ切断ヘッド５の２つの上述した位置に対して付加的に、切断用ガス流１６の作用のもとで、軸位置検出エレメント１８の偏位が最大値に達する、Ｙ＋方向でのレーザ切断ヘッド５の位置も求められる。このような最大値は、切断用ガス流１６がＹ＋方向への運動中に自身の完全な断面で、軸位置検出エレメント１８上に達すると生じる。すなわち運動方向において後方に位置する切断用ガス流１６の境界が軸位置検出エレメント１８の前縁に達すると生じる（図４の部分図（４））。切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８に最初に入射してから軸位置検出エレメント１８の最大偏位までの間にレーザ切断ヘッド５が進んだ距離は、切断用ガス流１６の直径、すなわちＹ方向における切断用ガス流１６の寸法「Ｄ」を表す。
【００３０】
レーザビーム軸８とガス流軸１７が一致する場合には、これに従って、切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８に最初に入射してから距離１／２Ｄの後に、レーザ切断ビームが軸位置検出エレメント１８内にピアッシングしなければならない。しかし図示された場合はこのような場合ではない。むしろレーザ切断ヘッド５は、切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８に最初に当たってしてから、レーザ切断ビームが軸位置検出エレメント１８内にピアッシングするまでの間、距離１／２＋ｄＳＹを進まなければならない。その後ｄＳＹに対して、その後、冒頭に記載した方法に対して変更された最後に記載された方法でも、Ｙ方向におけるレーザビーム軸８とガス流軸１７のずれが生じる。
【００３１】
変更されたこの方法は特別な精度を特徴とする。従って、レーザビーム軸８とガス流軸１７の実質的なずれを求めるためのベースとして、冒頭に記載した方法のように、レーザノズル２０のノズル開口部２１の直径を使用するのではなく、Ｙ方向における切断用ガス流１６の実際の寸法が使用される。例えばノズル開口部２１の汚れが原因で、ノズル開口部２１の直径と切断用ガス流１６の実際の寸法が異なる恐れがある。汚れていないノズル開口部の直径が知られている場合、切断用ガス流１６の直径の上述した測定は、レーザノズル２０の汚れ状態を検査するためにも使用される。
【００３２】
切断用ガス流１６によって生じる軸位置検出エレメント１８の偏位の度合いが、充分な精度で検出されない場合、Ｙ方向における切断用ガス流１６の寸法を求めるために、軸位置検出エレメント１８は、上述したようにＹ＋方向においてのみではなく、さらにＹ−方向においても切断用ガス流１６と「接触」される。
【００３３】
図５から分かるように、ここではレーザ切断ヘッド５がまずは、軸位置検出エレメント１８からまだ離れている切断用ガス流１６（図５の部分図（１））とともに、レーザ切断ビームがスイッチオフされている状態で、切断用ガス流１６が軸位置検出エレメント１８にはじめて当たるまでＹ−方向に動かされる（図５の部分図（２））。これと関連している、軸位置検出エレメント１８の偏位開始自体は、間隔測定装置２４によってそれぞれの場合において一義的に検出される。これと相応に事前に、Ｙ＋方向に動かされた切断用ガス流１６の最初の入射ないしこれと接続された軸位置検出エレメント１８の偏位の開始が識別されている（図４の部分図（２））。
【００３４】
Ｙ＋方向に動かされる切断用ガス流１６による軸位置検出エレメント１８の偏位開始時点に対しても、Ｙ−方向に動かされる切断用ガス流１６による軸位置検出エレメント１８の偏位開始時点に対しても、Ｙ方向におけるレーザ切断ヘッド５の位置が検出される。２つの切断ヘッド位置の間には距離が位置する。この距離は、Ｙ方向における軸位置検出エレメントの幅に、Ｙ方向における切断用ガス流１６の二倍の寸法を加えたものに相当する。軸位置検出エレメント１８の幅並びに２つの上述した切断ヘッド位置の間の距離が既知である。従って、Ｙ方向における切断用ガス流１６の寸法ないし切断用ガス流の直径Ｄが計算される。
【００３５】
Ｙ方向でのレーザビーム軸８とガス流軸１７のずれの他に、図示された例ではＸ方向におけるずれｄＳＸも求められる。このためにレーザ切断ヘッド５は、レーザ切断ビームと切断用ガス流１６とともに、Ｘ軸の方向に、軸位置検出エレメント１９にわたって案内される。詳細にはここで、レーザビーム軸８とガス流軸１７のずれｄＳＹを求める場合と同じように行われる。具体的には、レーザビーム軸８とガス流軸１７のずれｄＳＸを求めることは、図６および７に記載された、Ｘ軸方向における切断用ガス流１６の寸法Ｄを求めることを含む。
【００３６】
レーザビーム軸８とガス流軸１７の、Ｙ方向並びにＸ方向において生じているずれに基づいて、数値式制御部１５のこのために設けられた計算ユニットによって補正値が形成される。この補正値に基づいて、レーザ切断装置１の数値式制御部１５によって、焦点合わせ光学素子１３に対するホールド２５の調整駆動部２６が駆動制御される。ホールド１５は、焦点合わせ光学素子１３とともに、Ｘ軸並びにＹ軸から緊締されたレベルにおいて次のような位置に調整される。すなわち、その位置を取ると、焦点合わせ光学素子１３が切断用ガス流１６と同軸状にレーザ切断ビームを板６に向ける位置である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】レーザ切断ビームを用いた未加工品切断加工時並びに加工箇所上での切断ビーム負荷時のレーザ切断装置
【図２】レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求める際の、図１に示されたレーザ切断装置
【図３】図１および図２に記載されたレーザ切断装置のレーザ切断ヘッドを断面図で示したもの
【図４】レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求めるためのフロー
【図５】レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求めるためのフロー
【図６】レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求めるためのフロー
【図７】レーザ切断ビームのレーザビーム軸と切断用ガス流のガス流軸の相互位置を求めるためのフロー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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