CN103098320A - 激光加工装置以及激光加工装置的控制方法 - Google Patents

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Abstract

激光加工装置具备激光振荡器、冷却上述激光振荡器的冷却器和控制上述激光振荡器以及上述冷却器的控制单元。上述控制单元具有控制部，该控制部在从通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止起经过规定时间后停止上述激光振荡器的基本放电。通过上述激光加工装置，因为在从激光射出停止起经过规定时间后停止激光振荡器的基本放电，所以能够抑制激光加工装置在待机过程中的无意义的能量（电力）消耗。

Description

激光加工装置以及激光加工装置的控制方法
技术领域
本发明涉及能够降低待机状态下的能耗的激光加工装置[laser machine]及其控制方法。
背景技术
在现有的激光加工装置中，其激光振荡器的起动以及停止需要比较长的时间。因此，即使在作业停歇时或者作业准备时等实际未进行加工作业的时间（待机时间），激光加工装置在大多数情况下在激光器即时能够振荡的状态下待机（例如下述专利文献1以及2）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开平4-259277号公报
专利文献2：日本国特开2000-271767号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，即使在待机时间，激光振荡器中的火种放电[prime discharge]（基本放电[base discharge]）也继续进行，而且，通过气体送风机[gas blower]把激光气体的压力维持在与加工时同样的高压状态。另外，即使在待机时间，用于冷却激光振荡器[laser oscillator]的温度调节器[temperature regulator]也与加工时同样动作。
如上所述，在现有的激光加工装置中，即使在待机时间内基本放电也继续等而无意义地消耗能量，希望加以改善。
因此，本发明的目的是提供一种激光加工装置及其控制方法，其能够抑制待机时间内的无意义的能量消耗。
用于解决课题的手段
本发明的第一特征提供一种激光加工装置，其具有激光振荡器、冷却上述激光振荡器的冷却器和控制上述激光振荡器以及上述冷却器的控制单元，上述控制单元具有控制部，该控制部在从通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止起经过规定时间后停止上述激光振荡器的基本放电。
本发明的第二特征是提供具备激光振荡器的激光加工装置的控制方法，其在从通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止起经过第一规定时间后，停止上述激光振荡器的基本放电。
根据上述第一以及第二特征，因为在从激光的射出停止起经过规定时间（第一规定时间）后，使激光振荡器的基本放电停止，所以能够抑制激光加工装置待机中的无意义的能量（电能）消耗。
附图说明
图1是激光加工装置的一种实施方式的整体结构图。
图2是表示上述激光加工装置中的激光振荡器和温度调节器和NC装置[NC machine]的相互关系的结构图。
图3（a）是通常模式下的待机状态下的图2的对应图，（b）是节能模式下的图2的对应图。
图4（a）是表示通常模式下的激光振荡器的输出变化的图表，（b）是表示通常模式下的冷却水的温度变化的图表。
图5（a）是表示节能模式A下的温度调节器的温度设定区域和冷却水的温度变化的图表，（b）是表示通常的待机状态或者节能模式B下的冷却水的温度变化的图表。
图6是表示使用定时器时的节能模式开始动作的流程图。
图7是表示使用定时器时的节能模式结束动作的流程图。
图8是表示使用开关时的节能模式开始动作的流程图。
图9是表示使用开关时的节能模式结束动作的流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明激光加工装置（及其控制方法）的一种实施方式。
如图1所示，激光加工装置具有加工机主体[machine main frame]1、辅助气体供给机[assist-gas supplier]5、温度调节器9和NC[Numerical Control]装置11。辅助气体供给机5向加工机主体1的加工头[work head]3供给氮气或者氧气、空气等辅助气体（激光气体）。温度调节器9冷却加工机主体1的激光振荡器7。NC装置11控制激光振荡器7以及温度调节器9。此外，温度调节器9发挥冷却器[cooler]的作用，NC装置11也作为控制单元[control unit]发挥作用。另外，在本实施方式的激光加工机中，使用碳酸气体激光器，但是也可以使用其他种类的激光器。
加工机主体1具有X轴刀架（carriage）15以及Y轴刀架17。X轴刀架15相对于加工台沿X轴导向装置13移动。Y轴刀架17在X轴刀架15上沿Y轴方向移动。另外，在Y轴刀架17上安装上述加工头3。加工头3在Y轴刀架17上在Z轴方向移动。
从激光振荡器7射出的激光，例如通过光纤18，通过X轴导向装置13、X轴刀架15以及Y轴刀架17被传送到加工头3。来自辅助气体供给机5的辅助气体（激光气体）通过气体配管[gas pipe]19或者切换阀[switching valve]20，通过X轴导向装置13、X轴刀架15以及Y轴刀架17被传送到加工头3。根据加工内容选择地向加工头3供给作为辅助气体（激光气体）的氧气、氮气、空气中的某一种。
温度调节器9通过冷却水配管[coolant pipe]21使作为温度调节介质[thermo-regulating medium]（冷却介质[cooling medium]）的冷却水[coolant]在激光振荡器7中循环。温度调节器9具有压缩机（未图示），在降低冷却水温度的温度调节控制时对压缩机进行温度调节驱动。
NC装置11向激光振荡器7输出起动/停止指令[activation/stop command]等。另外，NC装置11向温度调节器9输出表示激光振荡器7的动作状态，即激光振荡器7的起动/停止的开（ON）/关（OFF）信号等。另外，激光振荡器7向NC装置11输出表示其自身处于起动/停止中的状态信号[status signal]。进而，温度调节器9也向NC装置11输出表示其自身处于起动中或者水温信息等的信息信号[information signal]。
NC装置11的控制部[controller]，向激光振荡器7以及温度调节器9输出用于抑制在作业停歇时或者作业准备时等实际上不进行激光加工的时间（待机时间）中无意义的能量消耗的信号。以下把输出用于抑制该无意义的能量消耗的信号时的运行模式称为节能模式[energy-saving mode]。在本实施方式中，可以设定两级的节能模式A以及B。
图3（a）表示不是节能模式的通常模式下的待机状态，与加工时同样，冷却水始终在激光振荡器7和温度调节器9之间循环。此外这里冷却水在激光器电源、振荡器的内部反光镜、激光气体的冷却中使用。NC装置11在向激光振荡器7输出使激光的射出停止的停止指令的同时，从激光振荡器7接受表示等待振荡中的状态信号。
在通常模式的待机状态下，进行比射出激光的可加工状态放电电压低的、不射出激光的基本放电。另外，送风机（未图示）与可加工状态同样，始终以高压对激光气体送风。
此时，NC装置11向温度调节器9输出表示激光振荡器7处于起动中的开信号，同时从温度调节器9接受表示温度调节器9处于起动中的起动信号。
图4（a）表示通常模式的待机状态下的激光振荡器7的振荡器输出，图4（b）表示通常模式的待机状态下的温度调节器9的冷却水温。根据这些图表，温度调节器9，不管激光振荡器7的振荡状态（激光射出状态）和待机状态（低放电电压下的基本放电状态），将冷却水的温度控制在设定温度（例如25℃）的±2℃的范围内。这表示通过冷却水的经常循环冷却水的温度大体维持恒定（设定温度±2℃）。
对于上述图3（a）表示的通常模式下的待机状态，图3（b）表示节能模式A下的状态。NC装置11向激光振荡器7以及温度调节器9输出节能模式A的指令/信号。此时，激光振荡器7停止基本放电同时使激光气体的供给压力降低，向NC装置11发送该状态信号。另外，温度调节器9向NC装置11发送关于冷却水温的信息信号。
此时，如图5（a）所示，在节能模式A下，通过控制温度范围被扩大了的广域控制[wide-range control]控制温度调节器9。在广域控制中，在上述设定温度之外还设定上限温度T，在比通常模式下的待机状态的控制温度范围（参照图4（b）：设定温度±2℃）宽的控制温度范围（设定温度-2℃～上限温度T：例如T=+5℃）内进行温度控制。此外，图5（a）中的“开”以及“关”表示温度调节器9的温度调节控制状态（压缩机的温度调节驱动状态），“开”以及“关”交替重复。
此时，激光振荡器7不进行基本放电。因此，电力消耗量降低。另外，冷却水的温度上升，与通常模式下的待机状态比较变缓。然后，在冷却水温达到上限温度T（或者超过上限温度T）时，对直到那时停止的压缩机进行温度调节驱动（从“关”切换到“开”）。因为能够通过上述的广域控制减少压缩机的温度调节驱动的动作/停止频度，所以能够降低电力消耗量。
在节能模式A中，通过广域控制或者设定上限水温的设定冷却水温上升，但是激光振荡器7的发热减少。因此，通过它们的平衡（抵消），激光振荡器7被维持在能够快速地向通过射出激光而进行的加工作业转移的温度区域。
另一方面，节能模式B与节能模式A同样，停止激光振荡器7的基本放电，但是维持激光气体的供给压力与通常模式下的待机状态同样高。另外，冷却水温度，如图5（b）所示，与通常模式下的待机状态同样，通过温度调节器9大体被控制为恒定的温度（设定温度±2℃）。此外，为进行比较图5（b）的节能模式B的图表和上述图5（a）的节能模式A的图表纵轴以及横轴采用同一比例尺。（但是，即使是同样的恒定温度（设定温度±2℃）控制，图4（b）的通常模式下的待机状态的图表和图5（b）的节能模式B的图表，纵轴以及横轴的比例尺不同。）从5（a）和图5（b）的比较中，可知节能模式A的一方压缩机的温度调节驱动的动作/停止频度少。
下述[表1]表示上述的通常模式（待机状态）、节能模式A以及B的比较。
[表1]
Figure BDA00002917063800051
关于[表1]中的消耗电力以及消耗量，是把通常模式下的待机状态作为基准值“100”，用相对值表示。节能模式B下的激光振荡器7的消耗电力是“62”，与通常模式下的待机状态比降低38%。节能模式A下的激光振荡器7的消耗电力，由于基于激光气体的压力降低而使得送风机的电力消耗降低，成为更低的“29”，降低71%。
另一方面，温度调节器9的消耗电力，在进行冷却水温的广域控制的节能模式A中是“55”，降低45%。另外，激光气体消耗量在节能模式A下由于气体压力的降低而是“88”，降低12%。如[表1]所示，激光气体消耗量，因为在激光振荡器7起动时（电源接通）和停止时（电源关断）增多，所以节能模式对于气体消耗量的降低是有效的。此外，在激光振荡器7停止时，因为一旦从气体配管中抽出气体后，再供给新鲜的气体，所以尤其需要大量的气体。
说明转移/恢复时间。起动时的11分30秒，是从激光振荡器7的起动（电源接通）起到成为可加工的状态的时间。停止时的4分，是从激光振荡器7的停止（电源关断）开始起上述的气体更换等后到激光振荡器7完全停止（可再起动的状态）的时间。
另外，节能模式B的0.5/5秒，是从通常模式（待机状态）向节能模式B的转移时间和从节能模式B向通常模式（待机状态）的恢复时间。同样，节能模式A的20/40秒，是从通常模式（待机状态）向节能模式A的转移时间和从节能模式A向通常模式（待机状态）的恢复时间。
此外，所谓冷却水加热，是为防止冷却水温过分降低而加热冷却水保持温度恒定的功能。在节能模式中不进行冷却水加热。
这样的节能模式的运行，有使用在NC装置11内内置的定时器11a的情况、和使用在NC装置11内设置的开关11b的情况。通过使用开关11b，用户能够任意开始节能模式，例如，可以在通过定时器11a开始节能模式前开始节能模式。
首先，参照图6的流程图说明向使用定时器11a的情况下的节能模式的转移。
在正进行激光振荡器7的基本放电（开）的状态（通常模式下的待机状态）下（步骤601），比较节能模式A的起动时间TA和节能模式B的起动时间TB（步骤603）。这里，起动时间作为从激光的射出停止的通常模式下的待机状态起到开始向节能模式的转移的时间可以任意设定，与[表1]中表示的转移时间（转移所需的时间）不同。这里，通过使起动时间TA和起动时间TB不同，能够使用定时器11a优先地起动节能模式A或B。在本实施方式中，可以设定如果在通常模式下的待机状态下经过起动时间TB则转移到节能模式B，进而如果经过时间（TA-TB）则转移到节能模式A的情况（TA>TB）、和如果在通常模式下的待机状态下经过起动时间TA则转移到节能模式A的另一种情况（TA≦TB）。
在判定为TA>TB的情况下，判定是否经过了起动时间TB（步骤605），在经过了起动时间TB的情况下，转移到节能模式B（步骤607）。即激光气体压力维持通常模式下的待机状态不变，停止（关）激光振荡器7的基本放电。另外，冷却水的温度设定范围也与通常模式下的待机状态同样为设定温度±2℃。此外，在这种情况下，起动时间TB是规定时间[specified time]（第一规定时间）。
然后，判定是否经过了起动时间TA（步骤609），在经过了起动时间TA的情况下，转移到节能模式A（步骤611）。也就是说，降低激光气体的压力而降低激光气体的供给量，同时扩大冷却水的温度设定范围进行广域控制。此外，在这种情况下，时间（TA-TB）是第二规定时间。
另一方面，在步骤603判定是TA≦TB的情况下，不向节能模式B转移。在这种情况下判定是否经过了起动时间TA（步骤609），在经过了起动时间TA的情况下，转移到节能模式A（步骤611）。此外，在这种情况下起动时间TA是规定时间（第一规定时间）。
接着参照图7的流程图说明在使用定时器11a的情况下的从节能模式A向通常模式的待机状态的恢复。
在节能模式A的状态（步骤701）下，判定是否按压了恢复按钮（在NC装置11中设置：未图示）（步骤703）。在按压了恢复按钮的情况下，把激光气体压力设定为通常压力后从节能模式A向节能模式B转移（步骤705）。然后，在上述的恢复时间（参照[表1]：在这种情况下为5秒）后开始（开）基本放电（步骤707），向通常模式的待机状态恢复。即，如[表1]所示，因为从节能模式A向通常模式的待机状态的恢复时间是40秒，所以从步骤705的节能模式A向节能模式B的转移是（40-35）=35秒。
接着参照图8的流程图说明在使用开关11b的情况下的向节能模式的转移。
在进行激光振荡器7的基本放电（开）的状态（通常模式下的待机状态）下（步骤801），判定开关11b的位置是开还是关（步骤803）。在开关11b是开的情况下，向节能模式B转移（步骤805），进而在经过预定时间[preset time]后向节能模式A转移（步骤807）。
接着参照图9的流程图说明使用开关11b的情况下的从节能模式A向通常模式的待机状态的恢复。
在节能模式A的状态（步骤901）下，判定开关11b的位置是开还是关（步骤903）。在开关11b是关的情况（操作到关的情况）下，把激光气体压力设定为通常压力后从节能模式A向节能模式B转移（步骤905）。然后，在上述恢复时间（参照[表1]：在这种情况下是5秒）后，开始基本放电（开）（步骤907），向通常模式下的待机状态恢复。
如上述，在使用定时器11a的情况和使用开关11b的情况的任何一种下从节能模式A向通常模式的待机状态恢复，都经由把激光气体压力设定为通常压力的节能模式B。因此，因为能够可靠地得到通常模式下的待机状态下的基本放电所需的气体压力，所以能够顺利地进行向通常模式下的待机状态的恢复。此外，不用说，也可以不经由节能模式B而从节能模式A直接向通常模式下的待机状态的恢复。
如上述，在本实施方式中，因为从激光的射出停止起经过规定时间后停止激光振荡器7的基本放电，所以能够抑制激光加工装置在待机中的无意义的电力消耗。
另外，在本实施方式中，从激光的射出停止起经过规定时间后降低向激光振荡器7供给的激光气体的压力而降低激光气体的供给量。因此，通过降低供给激光气体的送风机的消耗电力能够进一步降低整体的消耗电力，同时也能够降低激光气体的无意义的消耗。
另外，在本实施方式中，从激光的射出停止起经过规定时间后扩大温度调节器9的温度设定范围。因此，温度调节器9的消耗电力被降低。此外，通过扩大温度设定范围冷却水温上升，但是激光振荡器7的发热减少。因此，通过它们的平衡（抵消），激光振荡器7被维持在能够快速地向通过激光射出而进行的加工作业转移的温度区域。
在本实施方式中，在激光的射出停止后，能够使用在NC装置11内设置的开关11b起动节能模式。因此，通过操作开关11b能够随时向节能模式转移，便利性提高。
此外，作为抑制待机状态下的电力消耗，一般有切断激光加工装置的电源的方法。但是，因为激光振荡器7在电源的接通/关断时消耗大量的激光气体，所以从激光气体的消耗量的观点考虑在12小时以内的待机时间内，上述节能模式A的一方能够抑制激光气体的消耗量。
另外，待机状态的电力消耗的9成以上，由激光振荡器7以及温度调节器9占据。因此，通过上述的节能模式能够充分降低电力消耗。
在本实施方式中，特别是在节能模式A中，通过在待机状态下停止激光振荡器7的基本放电和降低激光气体压力实现激光振荡器7的节能化。此时，因为通过激光振荡器7的节能化抑制发生热量，所以也能够实现温度调节器9的节能化。
因为能够同时进行激光振荡器7以及温度调节器9的节能化，所以能够减少电力消耗，同时也能够把激光振荡器7的内部温度维持到可迅速恢复的温度。
另外，通过准备两种节能模式A以及B，将它们分级地切换，能够更高效率地更加节能。
此外，在上述实施方式中，在从激光射出停止起经过规定时间后从通常模式下的待机状态向节能模式转移。在该种情况下的“激光射出停止”状态中，除了上述作业停歇时或者作业准备时的状态之外，还包含加工工序结束后的状态、工件的加工途中发生的加工中断状态等。

Claims (7)

1.一种激光加工装置，其特征在于，
具备：
激光振荡器；
冷却上述激光振荡器的冷却器；和
控制上述激光振荡器以及上述冷却器的控制单元，
上述控制单元具有控制部，该控制部在从通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止起经过规定时间时，使上述激光振荡器停止基本放电。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
上述控制部，在经过上述规定时间时或者经过上述规定时间后，降低向上述激光振荡器供给的激光气体的供给量。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，
上述控制部，在经过上述规定时间时或者经过上述规定时间后，扩大上述冷却器的冷却介质的温度设定范围。
4.根据权利要求1～3中任何一项所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有在通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止的状态下使上述控制部动作的开关。
5.一种激光加工装置的控制方法，该激光加工装置具有激光振荡器，该控制方法的特征在于，
从通过上述激光振荡器产生的激光的射出停止起经过第一规定时间时，停止上述激光振荡器的基本放电。
6.根据权利要求5所述的激光加工装置的控制方法，其特征在于，
在从上述基本放电停止起经过第二规定时间时，降低向上述激光振荡器供给的激光气体的供给量。
7.根据权利要求5或6所述的激光加工装置的控制方法，其特征在于，
上述激光加工装置还具有冷却上述激光振荡器的冷却器，
在从上述基本放电停止起经过第二规定时间时，扩大上述冷却器的冷却介质的温度设定范围。
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