CN103121146A - 具有辅助控制装置的激光加工系统 - Google Patents

Abstract

目前存在从检测装置检测到异常或加工完成从而输出激光控制指令到激光输出停止为止花费时间过多的问题。本发明提供一种具有辅助控制装置的激光加工系统，其具有：输出激光输出信号和数字信号的数值控制装置；把激光输出信号变换为模拟信号的变换装置；生成控制模拟信号的脉冲信号的脉冲信号生成装置；生成强制控制激光的发送/停止的逻辑信号的辅助控制装置；输出脉冲信号和逻辑信号之间的逻辑运算结果的逻辑运算装置；根据逻辑运算结果生成交互进行激光输出的发送或停止的激光驱动信号的开关装置；和测定激光从加工物放射或者反射的光的强度的检测装置，辅助控制装置根据检测装置测定的光的强度生成逻辑信号。

Description

具有辅助控制装置的激光加工系统

技术领域

本发明涉及激光加工系统，特别涉及具有高速控制激光输出的辅助控制装置的激光加工系统。

背景技术

近年的激光加工系统由数值控制装置（CNC：Computer Numerical Control）进行控制，通过软件的数字控制能够实现多种功能。在这些激光加工系统中，通过激光电源装置放电激励激光介质，或者从激励光源对激光介质照射激励光，由此得到激光。通过聚光透镜等把激光集中在加工物上的小的区域内进行激光加工。

在这样的系统中，把来自数值控制装置的数字信号变换为模拟信号后提供给激光电源装置。激光电源装置遵照模拟信号向激光介质供给电能。由此在指令的定时输出具有指令的强度的激光。从数值控制装置以0.5～8[ms]的短的周期发送数字信号。把数字信号变换为模拟信号，向激光电源装置发送。进而激光介质被激励，进行激光的照射。在多数情况下，从数字信号的发送到输出激光在0.1[ms]内完成。

向加工物照射激光来切断加工物的的激光加工的过程如下所述。首先，使用于向加工物聚集激光的加工头接近加工物的切断开始点。在使加工头和加工物之间的距离最佳化后，在加工物的切断开始点进行开孔加工（打孔）。开孔加工结束后使激光的照射位置向希望的方向移动，进行加工物的切断。

这里，在加工物的激光加工中，在发生了异常的情况下，为了把加工物的损坏抑制到最小限度，需要迅速停止激光的输出。激光加工中的异常能够作为来自被照射了激光的加工物的加工点的异常的放射光检测到。因此，公知通过来自加工点的放射光的发光强度检测激光加工异常的技术（例如专利文献1）。

使用图1说明现有的激光加工系统的结构。遵照来自处理器1021的控制信号，I/O单元1024驱动激光振荡器1002。从激光振荡器1002发射脉冲状的激光1006。该激光1006由镜子1003反射，向激光加工机1004发送。

在激光加工机1004内设置用于固定加工物1008的工作台1007和向加工物1008照射激光1006的加工头1005。导入加工头1005的激光1006被聚集在加工喷嘴1005a的附近来照射加工物1008。在激光加工机1004中设置用于在X轴、Y轴方向上对工作台1007进行移动控制的伺服电动机1009、1010。在激光加工机1004中还设置用于在上下方向上对加工头1005进行移动控制的伺服电动机1011。这些伺服电动机1009～1011分别与伺服放大器1027～1029连接，遵照来自处理器1021的轴控制信号被旋转控制。另外，对于激光加工机1004的指示通过输入输出端子1025进行。在加工头1005上安装光量检测装置1012。该光量检测装置1012通过透镜（未图示）检测在加工点（切断点）产生的放射光，输出与检测到的光量成比例的大小的信号。该检测信号通过放大器1013放大后输入到把模拟信号变换为数字信号的A/D变换器1026。向处理器1021输入来自A/D变换器1026的输出。

在加工物的切断中，用光量检测装置1012检测，读取经由放大器1013以及A/D变换器1026输入的在加工点产生的光量。将该检测光量与预先设定的加工异常的判断基准值进行比较。如果检测光量在判断基准值以下，则判断为未发生加工异常。另一方面，如果检测光量超过了判断基准值，则处理器1021输出异常信号。经由I/O单元1024关闭激光振荡器1002的激光遮断快门（未图示），由此使加工停止。这里，直到根据光量检测装置1012检测出的光量关闭激光遮断快门为止，至少需要数毫秒～十几毫秒。

如上述现有技术那样，在捕捉通过照射激光产生的加工点的发光现象，控制激光的输出的情况下，为了避免加工物的损坏，有时要求在0.5[ms]以内执行从检测到异常到停止加工的工序的响应速度。但是，如上所述，在现有技术中，从光量检测装置检测到异常直到在激光输出中反映出，需要数毫秒～十几毫秒，存在可能造成加工物损坏的问题。

但是，一般在激光切断中，在未加工的加工物上，无法从最初就用切断加工条件进行激光切断。即，在切断前需要在切断的开始点进行开孔的开孔加工。首先，使激光加工头接近加工物，在加工物上的最适合开孔加工的高度保持加工头。这里，作为加工物的代表的材料的铜、黄铜、铝合金，对于在高输出激光中使用的包含红外区域的光的反射率高。当聚光点相对于加工物的位置不最优时，加工物表面反射的激光损坏激光振荡器的镜子或激励用光纤等。并且，光束传送用的导管或者镜子、透镜、光纤也有可能破损。因此，需要在把聚光点的位置定位在最优的位置后照射激光。

另外，即使加工物是平板，有时也有若干弯度。在激光加工系统中，通过测定加工物和加工喷嘴之间的静电容量，时常测定两者间的距离。在和Z轴之间进行反馈控制，使两者间的距离成为恒定，使允许范围窄的加工喷嘴和加工物之间的距离以及聚光点的位置成为恒定。此时，从加工喷嘴和加工物之间的距离成为最优距离开始直到开始照射激，光花费数毫秒～十几毫秒，成为生产节拍时间变长的原因。

再有，开孔加工花费的时间不恒定。即，根据加工物表面的性状或者温度等各种原因，即使在同一加工物中也存在加工时间的长短。因此，在激光切断中，把完成开孔加工的最长的时间设定为开孔加工时间，在经过设定的加工时间后转移到切断加工。另外，还知晓通过光量检测装置检测开孔加工完成的激光加工系统（例如专利文献2）。当开孔加工开始时，加工点强烈发光。不久在进行开孔加工贯通加工物时，发光变弱。检测加工点处的发光的光量检测装置捕捉强度的变化检测开孔加工的结束。其后，停止激光输出，转移到切断加工。由此，能够与实际的开孔加工时间的长短相吻合地结束开孔加工。因此，与使用作为开孔加工时间设定的最长的开孔时间进行开孔加工相比，能够缩短生产节拍时间。

但是，如上述现有的方法中，接收来自光量检测装置的信号到实际停止激光照射，需要数毫秒～数十毫秒，这在继续激光照射当过热时成为不良加工的激光加工的情况下，是不可忽略的时间。如果不加限制地缩短数值控制装置的插补周期，则能够消除的问题。但是数值控制装置的运算能力有限，如果不削减各种有效的功能则，则无法缩短插补周期。因此，关于缩短数值控制装置的插补周期，大幅变更以在一定的插补周期内进行控制作为前提而生成的软件以及硬件，不是现实的解决对策。

专利文献1：JP-A-5-154676

专利文献2：JP－A－2－179377

在现有的激光加工系统中，在由数值控制装置进行的数字控制中，存在从基于光量检测装置的异常检测或加工完成的检测的激光控制指令到激光输出停止为止花费时间过多这样的问题。

发明内容

为了解决上述课题，本申请发明的激光加工系统具有：以预定的发送周期输出用于决定激光输出值的激光输出信号和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号的数值控制装置；把激光输出信号变换为模拟信号的变换装置；根据数字信号生成用于控制模拟信号的脉冲信号的脉冲信号生成装置；生成强制控制激光的发送或停止的逻辑信号的辅助控制装置；在脉冲信号和逻辑信号间进行逻辑运算输出逻辑运算结果的逻辑运算装置；根据逻辑运算结果生成用于交互进行激光输出的发送以及停止的激光驱动信号的开关装置；和作为照射根据激光驱动信号输出的激光的结果，测定从加工物放射或者反射的光的强度的检测装置，其特征在为，辅助控制装置根据检测装置测定的光的强度生成逻辑信号。

在本申请发明的一个实施例的激光加工系统中，优选辅助控制装置在检测装置测定到的从加工物放射的光的强度在预定的强度以上时，输出用于停止激光输出的逻辑信号。

在本申请发明的另一个实施例的激光加工系统中辅助控制装置还可以在检测装置测定到的从加工物反射的光的强度在预定的强度以上的情况下，输出用于发送激光输出的逻辑信号。

在本申请发明的又一个实施例的激光加工系统中，逻辑运算装置还可以进一步具有用于对利用或者不利用辅助控制装置输出的逻辑信号进行切换的切换装置。另外，优选将发送给切换装置的控制信号与用于决定激光输出值的激光输出信号和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号相加，然后从数值控制装置以预定的发送周期进行发送。

在本发明的一实施例的发明中，逻辑运算来自数值控制装置的每个恒定的发送周期的信号和来自辅助控制装置的高速的信号，根据其结果对激光输出进行接通/关断控制。由此，例如在辅助控制装置中高速进行激光加工的异常或加工完成的检测，根据其结果控制激光照射，由此能够实现各种加工的高速化。并且，与激光加工的种类对应，根据来自辅助控制装置的逻辑信号选择激光的发送或者停止，或者不根据来自辅助控制装置的信号而仅通过来自数值控制装置的指令进行激光控制等，能够实现柔性的激光加工系统。

在本发明的另一实施例的发明中，在使加工头朝向加工物的加工点移动的期间，在根据激光或者距离测定用激光的照射的结果发生的来自加工物的光量变成比预先设定的值大的瞬间，能够通过来自辅助控制装置的信号使激光输出增大。因此，能够在最早的定时开始开孔加工，能够缩短激光加工的生产节拍时间。

附图说明

图1是现有的激光加工系统的结构图。

图2是本发明的实施例1的激光加工系统的结构图。

图3是本发明的实施例1的接口电路的结构图。

图4是表示本发明的实施例1的激光加工方法的过程的流程图。

图5是本发明的实施例1的接口电路中的信号的波形图。

图6A、6B是表示在使加工头接近加工物时的激光和反射光的关系的图。

图7是本发明的实施例2的接口电路的结构图。

图8是表示本发明的实施例2的激光加工方法的过程的流程图。

图9是本发明的实施例2的接口电路中的信号的波形图。

图10是本发明的实施例3的接口电路的结构图。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的激光加工系统。但是希望注意本发明的技术范围不限于这些实施方式，而涉及在权利要求书中记载的发明及其等价物。

[实施例1]

图2表示本发明的实施例1的激光加工系统的结构图。另外图3表示本发明的实施例1的激光加工系统的接口电路的结构。激光加工系统11具有：输出用于决定激光输出值的激光输出信号和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号的数值控制装置1；把激光输出信号变换为模拟信号的变换装置231；生成强制控制激光的发送或者停止的逻辑信号的辅助控制装置7；根据数字信号生成用于控制模拟信号的脉冲信号的脉冲信号生成装置22；在脉冲信号和逻辑信号间进行逻辑运算输出逻辑运算结果的逻辑运算装置28；以及根据逻辑运算结果生成用于交互进行激光输出的发送以及停止的激光驱动信号的开关装置27。并且，激光加工系统11具有：根据激光驱动信号生成激光的激励能量的激光电源装置31；使用激光电源装置31生成的激励能量激励激光介质的放电管32；向加工物55照射用放电管32放大的激光的加工头5；和作为从加工头5照射激光的结果，测定从加工物55放射或者反射的光的强度的检测装置6。实施例1的激光加工系统11的特征为：辅助控制装置7根据由检测装置6测定到的光的强度，生成强制控制激光的发送或者停止的逻辑信号。

激光加工系统11具有使装载加工物（工件）55的工作台54在水平方向上移动的伺服电动机8；和使加工头5在垂直方向上移动的电动机（未图示），具有驱动这些电动机的伺服放大器9。

下面使用图4的流程图说明通过激光加工系统11进行激光加工的方法。在实施例1中，以执行激光加工，在检测到来自加工物的异常的放射光的情况下停止激光加工的情况为例进行说明。

首先。在步骤S101，数值控制装置1通过接口21以预定的发送周期输出用于决定激光输出值的激光输出信号DS3（参照图3）和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号DS1、DS2。数字信号DS1、DS2分别是为了生成脉冲状的激光驱动信号决定激光的发送期间以及停止期间的信号。典型的发送期间以及停止期间一同是10[μs]～50[μs]。数字信号DS1、DS2是10～16比特的数字数据，与用于加工物的移动的移动量的发送周期（插补周期）同步。这里，所谓“发送周期（插补周期）”，是指从决定激光输出的发送期间的一个脉冲的上升开始时间到下一脉冲的上升开始时间的期间。

另外，即使在不进行激光输出的期间中，为了向激光介质注入若干的准备能量，也可以输出用于对在后级向激光电源装置供给的激光驱动信号相加与准备能量的量相当的偏置指令电压的偏置信号DS4。

接着，在步骤S102，变换装置231把激光输出信号DS3变换为模拟信号AS1。图5中表示模拟信号AS1的波形。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示电压电平。模拟信号AS1的电压值，在驱动激光器的期间是电压Vc[V]，在停止激光器的期间是0[V]。这里，在输入了偏置信号DS4的情况下，通过偏置电压变换装置232进行模拟化，得到偏置指令信号ASB。

接着在步骤S103，脉冲信号生成装置22根据数字信号DS1以及DS2生成脉冲信号LS2。图5中表示脉冲信号LS2的波形。在通过数字信号DS1决定的激光发送期间内，脉冲信号LS2的值为高（H）。另一方面，在通过数字信号DS2决定的激光停止期间内，脉冲信号LS2的值为低（L）。当激光停止期间到期时，脉冲信号生成装置22再次使脉冲信号LS2的值成为高（H）。以后通过如此重复，得到多个脉冲P1～P5。DS1以及DS2因为在插补周期内输入，所以在变更为新的DS1以及DS2的值之前，继续该脉冲序列。

接着在步骤S104，辅助控制装置7输出高电平的逻辑信号LS3。图5中表示逻辑信号LS3的波形。在时刻t=t₀～t₁的期间，逻辑信号LS3成为高电平，表示正在执行激光加工。此外，如后所述，在时刻t=t₁以后，逻辑信号LS3成为低电平，这表示在时刻t=t₁检测装置6检测来自加工物55的异常的放射光61（参照图2），根据该检测结果辅助控制装置7正在输出低电平的逻辑信号LS3。这里所谓“放射”是指在向加工物照射用于进行开孔加工或者切断加工的激光时从加工物放射的光。

接着，在步骤S 105，逻辑运算装置28在脉冲信号LS2和高电平的逻辑信号LS3之间进行逻辑运算，输出逻辑运算结果LS5。这里，逻辑运算是逻辑与（“AND”）。在图5中表示逻辑运算结果LS5的波形。在时刻t=t₀～t₁的期间，因为逻辑信号LS3成为高电平，所以在该期间，逻辑运算结果LS5的波形和脉冲信号LS2的波形相同。结果，得到与脉冲信号LS2的脉冲P1、P2、P3同样的脉冲P11、P12、P13。另一方面，与脉冲信号LS2的脉冲P4对应的逻辑运算结果LS5的脉冲P14直到时刻t=t₁之前是高电平，但是在时刻t₁以后成为低电平。另外，与脉冲信号LS2的脉冲P5对应的逻辑运算结果LS5的脉冲P16始终为低电平，不被观测为脉冲波形。

接着，在步骤S106，开关装置27根据逻辑运算结果LS5从模拟信号AS1生成具有发送周期的激光驱动信号AS2。如图3所示，开关装置27在逻辑运算结果LS5是高电平时成为接通状态，激光驱动信号AS2成为和模拟信号AS1相同的Vc[V]。另一方面，开关装置27在逻辑运算结果LS5是低电平时成为关断状态，激光驱动信号AS2成为0[V]。结果，激光驱动信号AS2成为最大值是Vc[V]，具有和逻辑运算结果LS5同样的发送周期的脉冲波形。开关装置27中的信号的接通/关断在10[μs]以内在激光输出中反映出。

图5表示激光驱动信号AS2的波形。在时刻t=t₀～t₁的期间，激光驱动信号AS2的波形和逻辑运算结果LS5的波形同样。结果，得到和逻辑运算结果LS5的脉冲P11、P12、P13同样的脉冲P21、P22、P23。另一方面，与逻辑运算结果LS5的脉冲P14对应的激光驱动信号AS2的脉冲P24，在成为时刻t=t₁之前是Vc[V]，在时刻t₁以后成为0[V]。另外，与逻辑运算结果LS5的脉冲P15对应的激光驱动信号AS2的脉冲P25，始终是0[V]，不被观察为脉冲波形。此外，在通过加法器25在激光驱动信号AS2上相加偏置指令信号ASB的情况下，相加了偏置指令信号ASB的激光驱动信号AS3的波形，如图5所示，成为在激光驱动信号AS2上加上了预定的偏置指令信号ASB的信号波形。结果，成为具有与激光驱动信号AS2的脉冲P21～P25同样的脉冲P31～P35的脉冲波形。

接着，在步骤S 107，激光电源装置31接受来自电源4的电力的供给，根据通过接口26输入的相加了偏置指令信号的激光驱动信号AS3生成激光器的激励能量。如上所述，相加了偏置指令信号的激光驱动信号AS3，因为具有根据数字信号DS1、DS2以及逻辑信号LS3决定的脉冲波形，所以激励能量也成为和P31～P35同样的脉冲波形。

接着，在步骤S108，放电管32使用激励能量输出激光50。即，向放电管32供给激励能量，由输出镜34和后镜33包围的激光介质进行激光振荡，输出激光50。从放电管32输出的激光50，使用反射镜51或者光纤（未图示）向加工头5引导。

接着在步骤S109，加工头5对加工物55照射放电管32输出的激光50。具体地说，通过在加工头5内装备的透镜52向加工物55上聚光。激光50通过在加工头5的前端设置的加工喷嘴53照射加工物55。从该加工喷嘴53同时也供给氮或氧等的辅助气体。被聚集激光50照射的加工物55一般成为1000[℃]以上的高温。结果，通过同时供给的辅助气体流除去熔融物等，实现激光切断等各种加工。

典型地，激光输出为1～10[kW]，加工物55上的聚光点的大小为0.01～1[mm]，透镜52和加工物55之间的距离为50～500[mm]。加工喷嘴53一般用铜制成，其喷嘴直径为0.5～6[mm]。加工喷嘴53的内部的辅助气体的压力为0.01～3[MPa]。关于加工物55，除了钢板、钢管之外，可以从压力成型的金属或各种树脂、不锈钢、铝合金、黄铜、铜等各种材料中选择。加工喷嘴53和加工物55之间的距离为0.5～50[mm]，切断加工时保持在0.5～4[mm]的范围。聚光后的激光50的聚光点（焦点）位于加工物55的表面附近10[mm]以内。

激光加工通过在加工物55上扫描聚光点来进行。为进行聚光点的扫描，使加工喷嘴53和加工物55的相对位置移动，为此使用伺服放大器9。激光振荡装置3和伺服放大器9都由数值控制装置1控制。数值控制装置1解析NC程序，向X轴、Y轴、Z轴、此外的伺服放大器9分别发送移动量。在每一恒定周期进行移动量的发送。由此，通过各轴之间同步驱动，能够使加工头5在加工物55上扫描，从而描绘圆弧或者直线。该移动量的发送周期称为插补周期，典型地设定为0.5～8[ms]。

接着，在步骤S110，检测装置6测定来自加工物55的放射光61的强度。如图2所示，在激光加工系统11中具有监视加工点56的状态的检测装置6。当用透镜52对激光50进行聚光，照射加工物55的表面时，在激光照射时加工点56因为高温而发光。在发光量过度变大时，可以推测在加工物55上发生了某种异常。从检测到放射光61的检测装置6向辅助控制装置7发送与放射光61的强度对应的信号。

接着在步骤S 111，辅助控制装置7监视放射光61的强度的变化。因为辅助控制装置7时时刻刻从检测装置6接收与放射光61的强度对应的信号，所以能够检测放射光61的强度的变化。

接着在步骤S112中，辅助控制装置7判断放射光61的强度是否在阈值以上。这里，可以将阈值设为判断在加工物55内是否发生了某种异常的放射光61的强度的基准值。在放射光61的强度不足阈值的情况下，返回步骤S101继续执行激光加工。

另一方面，在放射光61的强度在阈值以上的情况下，判断为在加工物55内发生了某种异常，在步骤S113中，辅助控制装置7输出低电平的逻辑信号LS3。如图5所示，逻辑信号LS3在时刻t=t₁从高电平变化为低电平。

接着在步骤S114，逻辑运算装置28在脉冲信号LS2和低电平的逻辑信号LS3之间进行逻辑运算，输出低电平的逻辑运算结果LS5。这里，用逻辑运算装置28进行的逻辑运算是逻辑与（“AND”）。图5中表示脉冲信号LS2、逻辑信号LS3以及逻辑运算结果LS5的各波形。即使在时刻t=t₁以后脉冲信号LS2也不变化，但是因为逻辑信号LS3成为低电平，所以作为脉冲信号LS2和逻辑信号LS3的逻辑与的逻辑运算结果LS5成为低电平。这里，逻辑信号LS3从高电平变化为低电平的时刻，与脉冲信号LS2的上升时间以及下降时间无关，所以逻辑运算结果LS5的脉冲P14不等待脉冲的下降强制变化为低电平。

接着，在步骤S115，开关装置27根据低电平的逻辑运算结果LS5生成0[V]的激光驱动信号AS2。图5中表示激光驱动信号AS2的波形。因为在时刻t=t₁以后逻辑运算结果LS5成为低电平，所以开关装置27成为关断状态，激光驱动信号AS2成为0[V]。如上所述，因为逻辑运算结果LS5在时刻t=t₁强制成为0[V]，所以激光驱动信号AS2也不等待脉冲P24的下降强制成为0[V]。结果，相加了偏置指令信号的激光驱动信号AS3在时刻t=t₁不等待脉冲P34的下降强制成为偏置电压，在步骤S116激光加工系统停止激光输出。这里，从检测装置6检测到异常的放射光61到激光停止的时间在10[μs]以下。

如上所述，因为监视来自加工物55的放射光61，在发生了异常时能够瞬时停止激光输出，所以能够把加工物中的损坏抑制到最小限度。

在以上的说明中，表示了在检测装置从加工物检测到异常的放射光的情况下停止激光输出的例子。也可以根据放射光的强度增减激光的强度。即，在来自加工物55的放射光51不表示在加工物55中发生了异常，仅能判断激光50的强度高的情况下，也可以使辅助控制装置7向数值运算装置1发送降低激光强度那样的控制信号。在这种情况下，辅助控制装置7接收检测装置6的信号，根据光量的大小向数值控制装置1发送信号。例如在光量多的情况下，因为激光输出过大，所以把关于激光输出的倍率从百分之百变更为百分之几十。数值控制装置1接收该信号，使激光输出信号减小。结果，从激光电源装置31向放电管32注入的激励能量也减小，激光输出也减小。由此，进行控制使激光加工稳定地进行。

[实施例2]

说明实施例2的激光加工系统。实施例2的激光加工系统的结构和图2表示的实施例1的激光加工系统相同。如图2所示，为向加工物55照射激光50进行加工，需要使加工头5的加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化。另外，为缩短生产节拍时间，重要的是在使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化之后立即开始激光的照射，进行开孔加工。

实施例2的激光加工系统的特征为：通过激光电源装置向放电管供给预定的激励能量，向加工物照射用于测定加工喷嘴和加工物之间的距离的距离测定用激光，在检测装置测定到预定强度以上的反射光的情况下，辅助控制装置输出用于发送激光输出的逻辑信号。

使用图6说明使加工头接近加工物的过程。图6A表示使加工头（未图示）接近加工物55，照射用于测定加工喷嘴和加工物55间的距离的距离测定用激光500的样子。该距离测定用激光500，比加工用激光强度弱，对于加工物没有影响，另一方面，优选设定为能够测定来自加工物的反射光的强度。在此，所谓“反射光”是指在照射对于加工物几乎没有影响的程度的强度的激光时，从加工物表面反射的光。作为用于使用反射光测定距离的距离测定用激光，例如使用波长在可视光范围输出在4[mW]以下的激光。在图6A中距离测定用激光500通过透镜52聚光，但是焦点57的位置和加工点56的位置不一致。此时，通过检测装置6检测强度低的光线来作为距离测定用激光500的反射光62。

另一方面，如图6B所示，在焦点57和加工点56一致的情况下，通过检测装置6检测强度强的光线来作为距离测定用激光500的反射光62。因此，在实施例2的激光加工系统中，特征是根据检测装置6检测到的反射光62的强度来检测已使加工喷嘴和加工物55之间的距离最佳化，其后立即开始开孔加工。

图7表示本发明的实施例2的激光加工系统的接口电路20。与图3表示的实施例1的激光加工系统的接口电路2的不同点在于，对于激光驱动信号AS2不仅相加基于偏置指令信号ASB的偏置指令电压，还相加用于通过距离测定用信号ASM测定加工喷嘴和加工物之间的距离的距离测定用电压。通过使用对激光驱动信号AS2相加了距离测定用电压后的激光驱动信号AS4，即使在激光驱动信号AS2是0[V]的情况下，也能够照射用于测定加工喷嘴和加工物之间的距离的距离测定用激光。结果，能够测定加工喷嘴和加工物之间的距离。

接着使用图8的流程图说明使用本发明实施例2的激光加工系统的激光加工的方法。在实施例2中，以在执行激光加工前，使加工喷嘴和加工物之间的距离最佳化，然后执行激光加工的情况为例进行说明。

首先，在步骤S201，数值控制装置1通过接口21以预定的发送周期输出为照射用于测定加工喷嘴53（参照图2）和加工物55之间的距离的距离测定用激光的距离测定用激光输出信号DS5（参照图7）和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号DS1、DS2。数字信号DS1、DS2因为和实施例1的相同，所以省略详细的说明。

在实施例2中，在初期的阶段没有使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化，不照射用于加工加工物55的激光。但是，优选在使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化的瞬间照射加工用激光。因此，如图7所示，从照射加工用激光之前的时刻，向接口电路20输入用于决定激光输出值的激光输出信号DS3。

另外，即使在不进行激光输出的期间，为了向激光介质注入若干的准备能量，输出用于对在后级向激光电源装置供给的激光驱动信号上相加与准备能量的量相当的偏置指令值的偏置信号DS4这一点上，也和实施例1相同。

接着在步骤S202，距离测定电压变换装置233把距离测定用激光输出信号DS5变换为距离测定用信号ASM。进而，变换装置231把激光输出信号DS3变换为模拟信号AS1。图9中表示模拟信号AS1的波形。在图9中，横轴表示时间，纵轴表示电压电平。模拟信号AS1的电压值在驱动激光器的期间是电压Vc[V]，在停止激光器的期间是0[V]。这里，在输入了偏压信号DS4的情况下，通过偏置电压变换装置232进行模拟化得到偏置指令信号ASB。在实施例2中，如图9所示，假定时刻t=t₂～t₃的期间是加工喷嘴53接近加工物55的阶段，未到达最佳的位置。因此，在时刻t=t₂～t₃的期间不照射用于加工加工物55的激光。但是通过把模拟信号AS1设定为进行激光照射的电压，在使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化的瞬间可以执行激光的照射。

接着，在步骤S203，脉冲信号生成装置22根据数字信号DS1以及DS2生成脉冲信号LS2。图9中表示脉冲信号LS2的波形。在通过数字信号DS1决定的激光发送期间内，脉冲信号LS2的值为高（H），在通过数字信号DS2决定的激光停止期间内，脉冲信号LS2的值为低（L）。当激光停止期间到期时，脉冲信号生成装置22再次使脉冲信号LS2的值成为高。以后通过重复这点，得到多个脉冲P41～P45。DS1以及DS2因为在插补周期内输入，所以在变更新的DS1以及DS2的值之前，该脉冲串继续。

接着在步骤S204，辅助控制装置7输出低电平的逻辑信号LS3。图9中表示逻辑信号LS3的波形。在时刻t=t₂～t₃的期间内，逻辑信号LS3成为低电平，这与没有使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化，距离测定用激光500（参照图6）的反射光弱对应。此外，如后所述，在时刻t=t₃以后，逻辑信号LS3成为高电平，这表示在时刻t=t₂检测装置6检测道来自加工物55的反射光62在预定的强度以上，根据该检测结果辅助控制装置7正在输出高电平的逻辑信号LS3。

接着在步骤S205，逻辑运算装置28在脉冲信号LS2和低电平的逻辑信号LS3之间进行逻辑运算，输出逻辑运算结果LS5。这里，逻辑运算是逻辑与（“AND”）。在图9中表示逻辑运算结果LS5的波形。在时刻t=t₂～t₃的期间内，因为逻辑信号LS3成为低电平，所以在该期间内，逻辑运算结果LS5的波形是低电平，不会观测为脉冲波形。另一方面，与脉冲信号LS2的脉冲P42对应的逻辑运算结果LS5的脉冲P52在时刻t=t₃之前是低电平，但是在时刻t₃以后成为高电平。另外，逻辑运算结果LS5的脉冲P53～55的波形，成为和脉冲信号LS2的脉冲P43～45相同的波形。

接着在步骤S206，开关装置27根据逻辑运算结果LS5从模拟信号AS1生成具有发送周期的激光驱动信号AS2。如图7以及9所示，在时刻t=t₂～t₃的期间，在逻辑运算结果LS5为低电平时成为关断状态，激光驱动信号AS2成为0[V]。另一方面，开关装置27在时刻t=t₃以后在逻辑运算结果LS5为高电平时成为接通状态，激光驱动信号AS2成为和模拟信号AS1相同的Vc[V]。结果，激光驱动信号AS2最大值是Vc[V]，成为具有和逻辑运算结果LS5同样的发送周期的脉冲波形。在10[μs]以内在激光输出中反映出开关装置27中的信号的接通/关断。

图9中表示激光驱动信号AS2的波形。在时刻t=t₂～t₃的期间内，激光驱动信号AS2的波形总是0[V]，不会观测为脉冲波形。另一方面，与逻辑运算结果LS5的脉冲P52对应的激光驱动信号AS2的脉冲62，在时刻t=t₃之前是0[V]，但是在时刻t₃以后成为Vc[V]。此外，如图7所示，在本实施例中，为了照射用于测定加工喷嘴53和加工物55之间的距离的距离测定用激光，通过第二加法器252在激光驱动信号AS2上相加距离测定用信号ASM。在此之上，在通过第一加法器251相加了偏置指令信号的情况下，相加了距离测定用电压以及偏置指令信号的激光驱动信号AS4的波形，如图9所示，成为在激光驱动信号AS2上相加了预定的偏置指令信号ASB和距离测定用信号ASM的信号波形。结果，激光驱动信号AS4的波形，成为具有和激光驱动信号AS2的脉冲P61～P65相同的脉冲P71～P75的脉冲波形。这里，在时刻t=t₂～t₃的期间，不输出用于加工加工物的激光，仅输出距离测定用激光。

接着，在步骤S207，激光电源装置31接收来自电源4的电力的供给，根据经由接口26输入的对激光驱动信号AS2相加了距离测定用信号ASM以及偏置指令信号ASB后的激光驱动信号AS4，生成激光器的激励能量。在此，在时刻t=t₂～t₃的期间，因为激光驱动信号AS2是0[V]，所以信号AS4是将距离测定用信号ASM和偏置指令信号ASB相加后的结果。因为偏置指令信号ASB的大小小，所以根据距离测定用信号ASM生成激光的激励能量。相加了距离测定用电压以及偏置指令电压的距离测定用激光驱动信号AS4在时刻t=t₂～t₃的期间，表示恒定的电压值，在时刻t=t₃以后成为根据数字信号DS1、DS2以及逻辑信号LS3决定的脉冲波形，所以激励能量也成为和P61～P65相同的脉冲波形。

接着，在步骤S208，放电管32使用激励能量输出距离测定用激光500。即，向放电管32供给激励能量，由输出镜34和后镜33包围的激光介质进行激光振荡，输出距离测定用激光500。使用反射镜51或者光纤（未图示），把从放电管32输出的距离测定用激光500引导向加工头5。

接着在步骤S209，加工头5对加工物55照射从放电管32输出的距离测定用激光50。具体地说，通过在加工头5内装备的透镜52，在加工物55上会聚距离测定用激光500。距离测定用激光500在通过在加工头5的前端设置的加工喷嘴53，照射加工物55。

接着，在步骤S210，检测装置6测定来自加工物55的反射光62的强度。如图2所示，在激光加工系统11中，具有测定反射光62的强度的检测装置6。如图6所示，距离测定用激光500由加工物55反射，通过检测装置6检测反射光62。此外，在加工头5未充分接近加工物55，两者间的距离未最佳化的阶段，如图6所示距离测定用激光500的焦点57的位置位于加工物55的上方。因此，如图6B所示，反射光62的强度与距离测定用激光500的焦点57的位置与加工物55的表面的位置一致时相比变弱。从检测到反射光62的检测装置6向辅助控制装置7发送与反射光62的强度对应的信号。

接着在步骤S211，辅助控制装置7监视反射光62的强度的变化。因为辅助控制装置7时时刻刻从检测装置6接收与反射光62的强度对应的信号，所以能够检测反射光62的强度的变化。

接着在步骤S212，辅助控制装置7判断反射光62的强度是否在阈值以上。在此，可以将阈值设为使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化时产生的反射光的强度。在反射光62的强度不足阈值的情况下，返回步骤S201，改变加工喷嘴53和加工物55之间的距离继续执行距离测定用激光的照射。

另一方面，在反射光62的强度在阈值以上的情况下，判断为已使加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化，在步骤S213，辅助控制装置7输出高电平的逻辑信号LS3。逻辑信号LS3，如图9所示，在时刻t=t₃从低电平变化为高电平。

接着在步骤S114，逻辑运算装置28在脉冲信号LS2和高电平的逻辑信号LS3之间进行逻辑运算，输出高电平的逻辑运算结果LS5。这里，逻辑运算装置28进行的逻辑运算是逻辑与（“AND”）。图9中表示脉冲信号LS2、逻辑信号LS3以及逻辑运算结果LS5的各波形。即使在时刻t=t₃以后脉冲信号LS2也不变化，但是因为逻辑信号LS3成为高电平，所以作为脉冲信号LS2和逻辑信号LS3的逻辑与的逻辑运算结果LS5成为与脉冲信号LS2相同的信号。在此，逻辑信号LS3从低电平变化为高电平的时刻，与脉冲信号LS2的上升时间以及下降时间无关。因此，逻辑运算结果LS5的脉冲P52不等待脉冲的上升强制变化为高电平。

接着，在步骤S215，开关装置27根据高电平的逻辑运算结果LS5生成波高值Vc[V]的激光驱动信号AS2。图9中表示激光驱动信号AS2的波形。因为在时刻t=t₃以后逻辑运算结果LS5成为高电平，所以开关装置27成为接通状态，激光驱动信号AS2成为波高值Vc[V]的脉冲波形。如上所述，逻辑运算结果LS5在时刻t=t₃强制成为Vc[V]。因此，激光驱动信号AS2也不等待脉冲P63的上升从脉冲P62的周期的途中强制成为Vc[V]。结果，对激光驱动信号AS2相加了距离测定用信号ASM以及偏置信号ASB后的激光驱动信号AS4在时刻t=t₃不等待脉冲P73的上升从脉冲P72的周期的途中强制成为把Vc[V]相加了距离测定用电压以及偏置电压后的电压作为波高值的脉冲波形。在步骤S216，激光加工系统11发送加工用激光输出。这里，从检测装置6检测到超过阈值的反射光62到输出激光的时间在10[μs]以下。

如上所述，监视来自加工物55的反射光62，能够在使加工头5的前端上设置的加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化时瞬时开始激光的输出。结果，能够使从加工喷嘴53和加工物55之间的距离最佳化到开始激光加工的时间成为最短。

在实施例2中，表示了为了输出距离测定用激光500，从数值控制装置1向接口电路20供给距离测定用激光输出信号DS5的例子，但是不限于这样的例子。即，为了输出距离测定用激光500，也可以作为激光输出信号DS3使用比加工用激光弱的激励能量，向加工物照射距离测定用的激光，来代替供给距离测定用激光输出信号DS5。

另外，实施例2的发明，说明对于开孔加工（打孔）的开始时刻的控制也是有效的。在作为加工物用激光切断金属板的情况下，切下2[m]×4[m]左右的加工物。加工头在一个切断位置和另一个切断位置之间的移动，为了防止加工物和加工头的冲突，一般在使加工头浮起若干高度的状态下进行加工。当到达下一切断开始点时，加工头下降接近加工物，定位到最适合开孔的高度开始开孔加工。此时，在确认是最佳的高度后进行开孔加工时，到Z轴静止为止需要若干时间。但是，能够开始开孔加工的加工头的高度有裕度，如果Z轴在一定高度以下即使不静止也能够开始开孔加工。

因此，还可以从检测装置6向辅助控制装置7发送用于测定加工物55和加工喷嘴53之间的距离的反射光的强度的测定结果。在加工头5正在接近加工物55的情况下，也可以切换控制信号LS3，以便在加工头5和加工物55之间的距离成为一定范围内的瞬间开始开孔加工。通过这样做，在能够开始开孔加工之后立即实际开始开孔加工，所以能够消除白白等待的时间，能够缩短加工时间。

[实施例3]

下面说明实施例3的激光加工系统。实施例3的激光加工系统的全体的结构，和图2表示的实施例1的激光加工系统的结构相同。图10表示实施例3的激光加工系统的接口电路200的结构。和实施例1以及2的接口电路2、20的不同点在于还具有切换装置30，其用于进行切换逻辑运算装置29利用或者不利用辅助控制装置7输出的逻辑信号LS3。

切换电路30能够通过来自数值控制装置1的切换控制信号进行上述的切换。例如，如图10所示，在切换电路30中，在切换到端子a的情况下，能够把逻辑运算装置29的逻辑信号LS4设定为低电平。另一方面，在切换到端子b的情况下，能够把逻辑信号LS4设定为高电平。在切换到端子a或者b的情况下，没有把辅助控制装置7输出的逻辑信号LS3用于激光的输出控制。另一方面，在切换到端子c的情况下，逻辑运算装置29的逻辑信号LS4能够原样不变地利用辅助控制装置7输出的逻辑信号LS3。另一方面，在切换到端子d的情况下，能够通过反转电路301利用辅助控制装置7输出的逻辑信号LS3的反转信号。在切换到端子c或者d的情况下，为了激光的输出控制而使用辅助控制装置输出的逻辑信号。

如上所述，说明了使用切换装置30切换辅助控制装置7输出的逻辑信号的例子。如图2所示，在使加工头5接近加工物55，加工头5和加工物55之间的距离最佳化的情况下开始开孔加工。此时，从加工头5从加工物55隔开足够的距离位于上方时开始，照射数[W]～数十[W]的输出极小的激光50。当伴随加工头5的下降，聚光点接近加工物55时，通过透镜52返回到激光振荡装置3的激光50的量变多。通过检测装置6检测该量，在返回光成为一定以上时一气增大激光输出。由此，在加工物55的表面上瞬间形成锁眼，进行开孔加工。如果该定时偏离，则在铜等反射率高的加工物中，激光能量密度不会成为足够形成锁眼的强度，全部激光能量在机械光路中逆行，对于装置来说成为极危险的状态，但是能够防止这点。

为实现这点，在切换装置30中，预先选择端子c，从辅助控制装置7供给相当于0.5%输出的倍率信号，照射数[W]～数十[W]的输出极小的激光50。数值控制装置1向接口电路赋予开孔加工需要的激光输出指令。在加工头5位于加工物55的上方时，因为从辅助控制装置7赋予了相当于0.5%输出的倍率信号，所以通过乘法器C1的工作把激光输出抑制为小的输出。

加工头5逐渐接近加工物55，微弱的返回光变大。预先把能够开始激光开孔加工的高度的返回光的强度作为判定值。在返回光超过该判定值的瞬间在切换装置30中切换为选择端子b。此时，来自辅助控制装置7的倍率信号成为5[V]，即100%输出，激光输出一气增大进行开孔加工。通过采用这样的结构，能够在使加工头5和加工物55之间的距离最佳化后，瞬时开始开孔加工，能够缩短生产节拍时间。

另外，上述的例子不是通过来自辅助控制装置7的信号，停止发送来自数值控制装置1的激光输出指令，而是自如地增减来自数值控制装置1的激光输出指令的例子。但是，即使是意味着来自辅助控制装置7的停止发送的逻辑信号，也能够进行同样动作。从对于激光电源装置31给予用于设定激励能量的值开始到实际输出激光的时间是极短的时间，但是即使这样也产生若干的延迟时间。这是因为除了激光电源装置31的电路内的各种延迟要素之外，从激光介质被激励开始到实际发生激光放大的时间中存在时间差。虽然根据激光的种类不同，但产生数十纳秒到数毫秒的延迟。

这里，作为脉冲串供给来自辅助控制装置7的控制信号，把其频率设定为比激光器的响应速度高。即，针对激光输出相对于模拟激光器输出指令的响应时间常数是100[μs]的激光，例如设为25[kHz]。这里，当用0～100%控制脉冲占空比时，相对于控制信号的频率，激光器的响应频率低。因此，即使是矩形脉冲的激光输出指令也成为三角波的激光输出，实质上能够通过脉冲占空比增减激光输出。

这样，能够通过来自辅助控制装置7的逻辑信号增减激光输出。与通过模拟信号进行增减的情况相比，具有以下的特征：在0[W]附近或者对于额定输出下的指令，指令电压不偏移，能够正确地指令。并且，当从脉冲信号生成装置赋予了数[kHz]～5[kHz]的脉冲指令时，实际的激光输出是与来自脉冲信号生成装置的指令对应的脉冲状的激光输出，同时能够从辅助控制装置控制输出。

在以上的说明中，表示了使用在向加工物照射激光时从加工物放出的光或者从加工物反射的光的例子。但是，能够设置检测加工物的温度、加工物发出的声音、或者由于加工物引起的压力的变化的检测装置等多种多样的检测装置。能够设计为在上述接口电路内自如地运算处理来自这些检测装置的信号。

Claims (4)

1.激光加工系统，其特征在于，具有：

数值控制装置，输出用于决定激光输出值的激光输出信号和用于决定激光输出的发送期间以及停止期间的数字信号；

变换装置，把所述激光输出信号变换为模拟信号；

脉冲信号生成装置，其根据所述数字信号生成用于控制所述模拟信号的脉冲信号；

辅助控制装置，其生成强制控制激光的发送或停止的逻辑信号；

逻辑运算装置，在所述脉冲信号和所述逻辑信号间进行逻辑运算输出逻辑运算结果；

开关装置，其根据所述逻辑运算结果生成用于交互进行激光输出的发送以及停止的激光驱动信号；

检测装置，其测定作为照射根据所述激光驱动信号输出的激光的结果，从所述加工物放射或者反射的光的强度，

所述辅助控制装置根据所述检测装置测定的光的强度生成所述逻辑信号。

2.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

所述辅助控制装置在所述检测装置测定到的从加工物放射的光的强度在预定的强度以上时，输出用于停止激光输出的逻辑信号。

3.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

所述辅助控制装置在所述检测装置测定到的从加工物反射的光的强度在预定的强度以上的情况下，输出用于发送激光输出的逻辑信号。

4.根据权利要求1所述的激光加工系统，其特征在于，

所述逻辑运算装置还具有用于对利用或者不利用所述辅助控制装置输出的逻辑信号进行切换的切换装置。

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