抽吸装置、激光加工机及用于抽吸的方法

摘要

本发明涉及一种构造成用于激光加工机(100)的抽吸装置(120)，该激光加工机具有可以在工件保持器(112)上移动的激光加工头(106)，该抽吸装置具有风扇(122)和多个挡板(126)并且具有控制器(300)，这些挡板选择性地打开以产生空气流，并且这些挡板与风扇(122)连通，该控制器被配置成检测激光加工头(106)的位置和操作状态并根据检测到的激光加工头(106)的位置和操作状态来控制(300)挡板(126)。

权利要求

1.一种构造成用于激光加工机(100)的抽吸装置，所述激光加工机(100)具有能够在工件保持器(112)上移动的激光加工头(106)，‑所述抽吸装置具有风扇(122)和多个挡板(126)，所述挡板(126)选择性地打开以产生空气流，并且所述挡板(126)与所述风扇(122)连通；并且‑所述抽吸装置具有控制器(300)，所述控制器(300)被配置成检测所述激光加工头(106)的位置，

其特征在于，

所述控制器(300)被配置成检测所述激光加工头(106)的操作状态并根据检测到的所述激光加工头(106)的位置和操作状态来控制所述挡板(126)，并且所述控制器(300)被配置成基于加工计划来确定所述激光加工头(106)的将来的位置和与该位置对应的操作状态。

2.根据权利要求1所述的抽吸装置(120)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成在所述激光加工头(106)的加工操作状态期间使所述挡板(126)打开并在所述激光加工头(106)的定位操作状态期间使所述挡板(126)关闭。

3.根据权利要求1或2所述的抽吸装置(120)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成在随后要进行加工的区域中，在所述加工操作状态开始之前已经使挡板(126)打开并且/或者在进行加工的区域中，即使在所述加工操作状态结束之后也使挡板(126)保持打开。

4.根据权利要求1或2所述的抽吸装置(120)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成基于所述激光加工头(106)的当前和/或过去的运动来确定所述激光加工头(106)的将来的位置。

5.根据权利要求1或2所述的抽吸装置(120)，其特征在于，所述加工计划是切割计划(310)。

6.根据权利要求1或2所述的抽吸装置(120)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成根据所述操作状态来控制所述风扇(122)的抽吸量。

7.一种激光加工机(100)，所述激光加工机(100)具有能够在加工空间(114)中在工件保持器(112)上移动的激光加工头(106)，‑其中，所述加工空间(114)构造成接纳待加工的工件(104)，并且‑所述激光加工机(100)具有根据权利要求1至6中的一项所述的抽吸装置(120)。

8.根据权利要求7所述的激光加工机(100)，其特征在于，所述激光加工机(100)是激光切割机，并且所述激光加工头(106)是激光切割头。

9.根据权利要求7所述的激光加工机(100)，其特征在于，提供至少一个传感器(132)以检测所述加工空间(114)中的空气污染，并且其中，所述控制器(300)被配置成使用所述传感器(132)的传感器数据来控制所述挡板(126)。

10.根据权利要求9所述的激光加工机(100)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成根据所述传感器数据来控制所述加工空间(114)的保护门(134)的打开。

11.根据权利要求9或10所述的激光加工机(100)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成使用所述传感器数据来确定所述激光加工机(100)的维护状态。

12.根据权利要求9或10所述的激光加工机(100)，其特征在于，所述控制器(300)被配置成根据所述传感器数据来控制所述风扇(122)的抽吸量。

13.根据权利要求11所述的激光加工机(100)，其特征在于，挡板(126)被设置在所述加工空间(114)的下部区域、上部区域和/或中央区域中。

14.一种用于在激光加工机(100)中抽吸空气的方法，所述激光加工机(100)具有能够在工件(104)上移动的激光加工头(106)并且具有选择性地打开以产生空气流的挡板(126)，所述方法具有下述步骤：‑检测所述激光加工头(106)的位置和操作状态，‑基于加工计划来确定所述激光加工头(106)的将来的位置和与该位置对应的操作状态，

‑根据所述操作状态或根据所述位置和所述操作状态控制所述挡板(126)。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述加工计划是切割计划。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，在随后要进行加工的区域中，在加工开始之前，挡板(126)已经被打开，并且/或者在进行加工的区域中，即使在加工结束之后，挡板(126)也保持打开。

说明书

抽吸装置、激光加工机及用于抽吸的方法

[0001] 本发明涉及构造成用于激光加工机的抽吸装置、激光加工机以及用于在激光加工机中抽吸空气的方法。特别地，本发明涉及构造成用于激光加工机的抽吸装置、激光加工
机、以及用于在激光加工机中抽吸空气的方法。

[0002] 机床被用于使用工具生产并加工工件。特别地，其中带有桥架的激光器可以在工件上移动的激光加工机、特别是用于激光切割和激光焊接的激光加工机被认为是机床。

[0003] 随着激光功率的增加和切割速度的提高，内部的污染和切割工件的污染大大增加。另外，污染还会导致机器部件过早发生故障。污染物在材料分离过程中借助于激光束和
切割气体出现，并且通常被称为“激光粉尘”，激光粉尘通常借助于中央抽吸在机器内部被
抽吸。

[0004] 出于经济和生态方面的原因，必须使抽吸功率最小化。例如，为此目的，五个挡板——在较大设备的情况下相应地甚至更多的挡板——被交替地致动。当前，通常根据桥
架的位置保持至少一个且最多两个挡板打开或关闭。

[0005] 激光切割机由于切割处理而会产生气态和粉尘废弃物。这些废弃物是由激光束在待切割材料中形成的切割间隙产生的。废弃物通过定向气流从切割室排出；理想地，最大流
速位于切割头的相应区域中。于是，废弃物由于切割处理而出现。

[0006] US 2008/0 066 596 A1和WO 2013/178281 A1公开了一种挡板的控制仅取决于激光加工头的检测位置的激光加工机。

[0007] US 2017/252864 A公开了一种空气供给件与桥架一起行进的激光加工机。这是复杂的设计。

[0008] EP 3 213 859 A1公开了一种流体供给装置可以与激光加工头一起移动的激光加工机。这是复杂的设计。

[0009] CN 103170741 A公开了一种空气抽吸中的阀根据桥架位置来控制的激光加工机。这种抽吸可能不够，尤其是在大型设备的情况下更是如此。

[0010] 因此，本发明的基本目的是避免现有技术的缺点并提供一种改进的抽吸装置。替代性目的是提供一种改进的激光加工机或一种改进的用于抽吸的方法。

[0011] 该目的通过根据本发明的抽吸装置、根据本发明的激光加工机或根据本发明的用于抽吸的方法来实现。

[0012] 根据本发明的抽吸装置——该抽吸装置构造成用于具有可以在工件保持器上移动的激光加工头的激光加工机——包括风扇和多个挡板并且包括控制器，这些挡板选择性
地打开以产生空气流，并且这些挡板与风扇连通，该控制器被配置成检测激光加工头的位
置和操作状态并根据检测到的激光加工头的位置和操作状态来控制挡板，该控制器还被配
置成基于加工计划来确定激光加工头的将来的位置和与该位置对应的操作状态。

[0013] 这改善了气态和粉尘废弃物的去除。这些废弃物在切割室中分布得更少，并且可以更有效且以更有针对性的方式排放或给送至可选的清洁过滤器。金属板的加工时间通过
例如稍后在切割位置处接通激光器而不会不利地延长。可以在激光器开始在某个位置进行
切割工作之前并且在废物堆积之前开始在该位置建立空气流或流场。

[0014] 实验表明，切割室中流场的建立会受到一定的惯性影响。建议例如预先打开抽出系统的挡板，以使对应的流最迟在切割时而不仅是在切割开始后的几秒钟后才在切割室中
发生。这优化了废弃物的去除，并且避免了在切割室中的不利分布。

[0015] 另一优点是，由于改进的检测，切割室更早地免于有害物质。在一种形式中，可以想到使用合适的传感器来测量切割室中有害物质的浓度。这可能意味着只有在负荷不严重
的情况下才能为操作员打开通道门。也可以想到使用传感器来控制抽出功率，例如使抽出
功率适应于激光器功率。这减少了抽出或抽吸系统的能耗。

[0016] 根据本发明的抽吸装置提出了一种优化，其效果是，现在抽吸挡板不再像以前那样仅基于桥架位置来打开或关闭，而是经由智能挡板控制来打开或关闭。随着激光切割的
不断优化，可以保证金属板的最低可能发热，从而实现最少的翘曲。这意味着金属板不再从
一端到另一端被连续地切割，而是在整个工件上以分布的方式进行加工。根据本发明的抽
吸装置可以最佳地用于这种加工。因此，抽吸流在加工空间内被选择性地引导至各个加工
点。抽吸流被用于抽吸载有颗粒物的空气或气体、比如烟。风扇可以通过拉动或推动来操
作。该控制可以是专用控制，或者可以通过激光加工机的机器控制来实现。

[0017] 根据本发明的抽吸装置的优点在于，优化了激光加工机中的抽吸流，并因此在总体上使机器污染以及工件的污染最小化。激光加工机中的较少污染也意味着机器部件的更
长的使用寿命。

[0018] 可以提供的是，控制器被配置成在激光加工头的加工操作状态期间使挡板打开并在激光加工头的定位操作状态期间使挡板关闭。在定位期间，即在不进行处理、亦即不启用
激光器进行处理的情况下的桥架或头部的移动期间，挡板保持关闭，由此可以更具体地调
节空气流。因此可以防止各个挡板在不必抽吸的情况下再次打开及关闭。例如，在加工操作
状态期间，激光器被启用或接通，并且激光加工头被移动、可能在同时被移动，以便切割轮
廓。

[0019] 还可以提供的是，控制器被配置成：在随后要进行加工的区域中，在加工操作状态开始之前已经使挡板打开、并且/或者在进行加工的区域中，即使在加工操作状态结束之后
也使挡板保持打开。通过在加工开始之前、例如在穿孔或切割开始之前使一个或更多个挡
板打开，相应的挡板已经被打开，并且最佳的空气流或必要的体积流已经可以朝向抽吸点
建立。这实现了被污染空气的更快排出，并且污染不能在第一时间扩散。由此可以抵消流建
立期间的惯性，并且可以进行无延迟的抽吸。当桥架离开挡板区域时，最后的挡板仍保持打
开，直到烟被抽吸掉为止。结果是，被污染的空气被完全抽吸掉。这些加工之前和加工之后
的提前和延后挡板打开时间能够例如基于待加工材料、材料厚度、切割参数等而单独调整。

[0020] 可以提供的是，控制器被配置成基于激光加工头的当前和/或过去的运动来确定激光加工头的将来的位置。该运动可以从控制器获知或经由传感器技术进行测量。然后可
以预测将来的位置。

[0021] 此外，还可以提供的是，加工计划是切割计划。因此，控制器经由参考切割计划而具有预测性视角。

[0022] 在另一种设计中，可以想到的是，预先计算桥架位置。这意味着，在激光加工头接收到移动命令之前就打开挡板。这允许挡板打开与切割开始之间的时间间隔进一步增加。
此外，在此过程中，挡板打开与切割开始之间的时间间隔与桥架达到的动态无关。

[0023] 可以设定的是，控制器被配置成根据操作状态来控制风扇的抽吸量。抽吸装置的能耗可以借助于可变的抽吸量、尤其是与污染传感器结合的可变的抽吸量来减少。

[0024] 根据本发明的激光加工机、特别是激光切割机——该激光加工机具有可以在加工空间中在工件上移动的激光加工头、特别是激光切割头——提供了构造成接纳待加工工件
的加工空间以及如上所述的抽吸装置。与上面所描述的相同的优点和修改是适用的。例如，
细粉尘传感器或可见性传感器可以用作传感器。

[0025] 可以提供的是，设置有至少一个传感器以用于检测加工空间中的空气污染，并且将控制器配置成使用该传感器的传感器数据来控制挡板。可选地，可以借助于传感器以例
3
如μm/m为单位来测量污染，并且由此可以得出关于挡板控制的进一步结论。例如，可以例
如经由挡板控制和/或风扇功率来调节抽吸空气流的持续时间和/或强度。可以监测加工空
间的区域或整个加工空间。

[0026] 还可以提供的是，控制器被配置成根据传感器数据来控制加工空间的保护门的打开。污染传感器还可以例如提供有关机器内部的细粉尘负荷的信息，并且因此可能延迟保
护门的打开，直到空气负荷降至危险浓度以下。

[0027] 可以提供的是，控制器被配置成使用传感器数据来确定激光加工机的维护状态。这些传感器还可以用于另外的应用，例如用于预测性维护(例如，过滤器添加)、用于检查切
割参数/质量、材料质量等，从而提供更多的附加用途。

[0028] 还可以提供的是，控制器被配置成根据传感器数据来控制风扇的抽吸量。因此，抽吸装置的能耗可以借助于基于来自污染传感器的数据的可变抽吸量来减少。

[0029] 可以提供的是，挡板被设置在加工空间的下部区域、上部区域和/或中央区域中。在受控的挡板与另一受控的挡板、不受控的挡板或简单的开口、例如迷宫式开口之间建立
了用于抽吸的空气流。于是，在空气流中存在至少一个受控的挡板。挡板可以取决于机器或
加工情况而设置在所述区域中，以便设定最佳的空气流。挡板设置在加工空间上或加工空
间中，使得在加工空间的每个区域中，空气均可以被排出。在这方面，可以例如在两个相对
的挡板之间限定挡板区域，其中，工件或加工区域处于这两个相对的挡板之间。

[0030] 根据本发明的用于在激光加工机——该激光加工机具有可以在工件上移动的激光加工头并且具有可以选择性地打开以产生空气流的挡板——中抽吸空气的方法包括：激
光加工头的位置和操作状态的检测；基于加工计划、特别是切割计划来确定激光加工头的
将来的位置和对应于该位置的激光加工头的操作状态；以及根据操作状态或根据位置和操
作状态对挡板的控制。与上面所描述的相同的优点和修改是适用的。

[0031] 可以提供的是，在随后要进行加工的区域中，在加工开始之前，挡板已经被打开，并且/或者在进行加工的区域中，即使在加工结束之后，挡板也保持打开。挡板的这种提前
或延后控制可以优化抽吸流。可以提供的是，用于下一加工步骤的挡板在同时被打开，以便
同时控制多个空气流。

[0032] 还可以提供的是，挡板基于加工计划、特别是切割计划来控制。基于加工计划，可以获知将来的加工位置和加工时间，使得通过挡板和可选的风扇的控制来预测性地控制抽
吸。

[0033] 本发明的其他优选实施方式由本发明中指定的其余特征得出。

[0034] 除非在个别情况下另有说明，否则本申请中提到的本发明的各种实施方式可以有利地彼此组合。

[0035] 下面借助关联附图以示例性实施方式说明本发明。附图示出了：

[0036] 图1是激光加工机的通过示意图示出的横截面；

[0037] 图2是激光加工机的通过示意图示出的纵向截面；

[0038] 图3是抽吸装置的示意图；以及

[0039] 图4是用于抽吸空气的方法的流程图。

[0040] 图1示出了激光加工机100的示意性横截面图。在这里考虑激光加工机100时，特别地，是指其中激光器102可以在待加工的工件104上移动的用于激光切割和激光焊接的激光
加工机。这种激光加工机100可以加工2‑D/3‑D工件，比如金属板或管。激光器102可以直接
设置在激光加工头106中，或者以固定的方式设置在激光加工机100中或激光加工机100附
近，其中，激光束通过激光器经由合适的光波导引导至激光加工头106。

[0041] 激光加工头106设置在桥架110上，借助于桥架110，激光加工头106可以在工件104上沿x方向和y方向移动。桥架110和激光加工头106以及搁置在工件保持器112上的工件104
设置在加工空间114中。加工空间114被激光加工机100的壳体116围封。加工空间114由工件
保持器112的范围限定或者由桥架110或激光处理头106的运动空间限定。

[0042] 激光束的加工焦点通常在亚毫米范围内，最高达几毫米范围。相比之下，加工空间104的范围非常大。加工空间114可以在x方向和y方向两者上延伸几米。因此，在加工焦点与
加工空间114之间存在约1,000至10,000的因数。结果是，在加工期间，激光加工头106必须
相对频繁地移动并且移动相对较长的距离。

[0043] 在由激光器102进行的热处理期间，会形成被颗粒污染的烟或空气。粗尘通过传送带118被从激光加工机100输送出来。废气通过抽吸装置120被从激光加工机100抽吸出来。

[0044] 抽吸装置120包括风扇122，风扇122在这种情况下进行拉动抽吸并且经由排气管道124与加工空间114连通。如所示出的，该风扇可以设置在实际的激光加工机100的外部或
激光加工机100中，例如设置在位置120处。除了抽吸装置120之外，位置120还可以表示空气
收集器或排气口。

[0045] 可控制的挡板126可以将排气管道124完全封闭、部分封闭或使排气管道124保持打开。挡板126由抽吸装置120或激光加工机100的控制器(此处未示出)控制。如下面参照图
2说明的，设置有多个挡板126。可以设置的是：风扇122被设置成用于所有挡板126。替代性
地，可以设置多个风扇122。因此，每个挡板126可以具有其自己的风扇122，或者将一组挡板
126分配给每个风扇122。

[0046] 此外，设置有空气供给开口128，空气供给开口128同样构造为可控制的挡板，或者构造为不可控制的开口，例如呈迷宫的形式。箭头示出了用于抽吸污染空气的示例性空气
流。空气被风扇122拉动抽吸而在开口128处进入、继续在工件104周围流动，或者在工件104
中有开口的情况下，空气还穿过这些开口流动至工件104的底侧。于是，空气流进入排气管
道124，并通过风扇122供给至净化器、比如过滤器。

[0047] 在图1中所示的激光加工机100的示例性实施方式中，开口128设置在工件104上方或加工空间114的顶部处。挡板126设置在工件104下方或加工空间114的底部处。当然，其他
布置方式也是可能的。例如，开口和挡板可以大致位于工件104或工件支承件112的高度处。
空气流于是在水平方向上行进，而在图1中所示的构型中，空气流在竖向方向上行进。

[0048] 图2示出了激光加工机100的纵向截面。可以看出，在该示例性实施方式中，五个挡板126沿着加工空间114布置。取决于加工空间114的尺寸或空气流的期望分布，可以设置更
多或更少的挡板。挡板126可以由控制器选择性地控制，即打开和关闭。

[0049] 每个挡板126均限定抽吸区域130，在该抽吸区域130中，空气在挡板126打开时被抽吸。在图2的图示中，两个左挡板126是打开的。左挡板126被打开是因为左挡板126上方的
激光加工头106对工件104进行加工。因此，在抽吸区域130中，由于热处理而产生的被污染
的空气被直接抽吸。从左侧的第二个挡板126已被打开是因为激光加工头106将行进至该挡
板126上方的将来的加工位置。如果处于该将来的加工位置的激光加工头106将进行工件
104的加工，则在此处已经建立了用于排放被污染空气的全体积流。通过这种预测性挡板控
制，可以实现非常良好的抽吸。

[0050] 另外，可以设置一个或更多个传感器132以检测空气的污染。有利地，为每个抽吸区域130设置一个传感器。或者，将一个或更多个传感器设置成可以检测多个抽吸区域中的
相应抽吸区域中的空气污染。经由保护门134，操作员或机器人可以将工件104或带有工件
104的工件保持器112插入及取出。

[0051] 现在参照图3更详细地描述抽吸装置120。抽吸装置120包括控制器300，控制器300独立地构造或构造为机器控制器的部件。作为输入，控制器300接收来自一个或多个传感器
132和切割计划310的传感器数据。控制器300从切割计划310获得激光加工头106的将来的
位置和与该位置对应的各个操作状态。

[0052] 控制器300从两个输入中的一个输入或从两个输入计算出必须在何时及何处排放被污染的空气。相应地，一个或更多个挡板126被控制。控制器300可以将挡板126中的每个
挡板完全或部分地打开及关闭。

[0053] 另外，控制器300可以控制一个或多个风扇122，更具体地是控制风扇功率。因此，当挡板126没有打开时，可以将风扇122完全切断或使风扇122进入节能空转模式。相应地，
在所需体积流的情况下，控制器300可以增加风扇的功率。最后，控制器300可以延迟打开保
护门134直到加工空间114中的空气呈现出对用户无害的污染水平。

[0054] 特别地，在随后要进行加工的区域中，控制器300可以在加工开始之前已经使挡板126打开、并且/或者在进行加工的区域中，控制器300可以即使在加工结束之后也使挡板
126保持打开。挡板126的提前打开确保了在加工开始时已经完全存在用于抽吸空气的所需
体积流。挡板126的延后关闭确保了在加工结束之后直至所有污染物被抽吸出来之前存在
用于抽吸空气的所需体积流。提前时间和延后时间由控制器300基于机器数据、比如加工空
间114的尺寸、挡板126的数目、激光器的强度等、以及来自切割计划310的数据、比如材料规
格、切割时间等来计算。

[0055] 控制器300还可以使用传感器数据来确定激光加工机100的维护状态。在这方面，可以考虑当前传感器值和/或传感器值的历史。也可以基于挡板126和一个或多个风扇122
的启用次数来得出关于它们的维护状态的结论。

[0056] 图4描述了用于在激光加工机中抽吸空气的方法，该激光加工机具有可以在工件上移动的激光加工头并且具有选择性地打开以产生空气流的挡板。例如，该方法可以在控
制器300中运行。

[0057] 在第一步骤400中，检测激光加工头或激光器的位置和操作状态。换句话说，检测激光加工头位于何处以及激光加工头是在移动还是在加工工件。位置和操作状态可以例如
经由传感器在当前时间点被检测、并且/或者例如借助于用于机器控制的加工计划在将来
的时间点被检测。

[0058] 在第二步骤410中，根据位置和操作状态来控制挡板。例如来自用于空气质量的局部测量的传感器的附加信息同样可以用于该控制。

[0059] 在可以与第二步骤410并行执行或随后执行的另一步骤420中，根据操作状态和/或传感器数据来控制风扇的抽吸量。

[0060] 在此提出的抽吸装置120或激光加工机100允许在加工空间在空间上改变并且因此污染中心在空间上改变的情况下有效且完全地抽吸被污染空气。