CN104096977B - 进行消耗电力的削减控制的激光加工装置 - Google Patents

Abstract

一种进行消耗电力的削减控制的激光加工装置，具备激光振荡器、激光加工机以及控制激光振荡器和激光加工机的控制部。控制部具有：准备动作部，当输出了准备动作指令时，该准备动作部控制激光加工机使其开始用于进行激光加工的准备动作；以及模式切换部，其使激光振荡器的运转模式在进行激光加工之前的标准待机模式与消耗电力少于标准待机模式的节能模式之间切换，其中，模式切换部以如下方式控制放电管电压：在准备动作指令输出之前将运转模式切换为节能模式，当输出了准备动作指令时，开始从节能模式向标准待机模式切换的运转模式的切换动作。

Description

进行消耗电力的削减控制的激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种进行削减激光振荡器的消耗电力的控制的激光加工装置。

背景技术

以往，已知如下一种激光加工装置：在进行激光加工之前的标准待机状态下设为放电电压低的基础放电状态，当该基础放电状态持续了规定时间时，使基础放电停止而转变为节能模式，由此抑制激光加工机的待机时间内的能量消耗量。该装置例如记载于日本特开2012-64636号(JP2012-064636A)。一般来说，在这种激光加工装置中，在完成了向激光加工头供给的辅助气体压力的选定、加工条件的选择等动作的状态下，开始节能模式的解除动作。因而，到开始节能模式的解除动作为止要花费较长时间，存在节能模式的持续时间变长、能量消耗量增大的问题。

另一方面，已知如下一种装置：在依次进行冲孔加工和激光加工的复合加工机中，预先设定从节能模式恢复到标准待机状态所需的时间(复原时间)，在冲孔加工时转变为节能模式，并且在比激光加工的开始时间点早复原时间的时间点开始节能模式的解除动作。该装置例如记载于日本特开2012-171084号公报(JP2012-171084A)。

然而，激光加工的开始时间点未必是固定的，例如当进行了维护作业等非日常作业而激光加工的开始时间点有所偏离时，难以时机正好地开始节能模式的解除动作。

发明内容

作为本发明的一个方式的气体激光加工装置具备：激光振荡器，其生成激光，该激光振荡器具有被施加放电管电压的放电管以及设置于激光的输出路径的遮板部；激光加工机，其使用经由输出路径从激光振荡器输出的激光来进行激光加工；以及控制部，其按照加工程序来控制激光振荡器和激光加工机。控制部具有：准备动作部，当在激光加工指令之前输出了准备动作指令时，该准备动作部控制激光加工机使其开始用于进行激光加工的准备动作；以及模式切换部，其控制施加于放电管的放电管电压，使激光振荡器的运转模式在进行激光加工之前的标准待机模式与消耗电力少于该标准待机模式的节能模式之间切换，其中，模式切换部以如下方式控制放电管电压：在准备动作指令输出之前将运转模式切换为上述节能模式，当输出了准备动作指令时，开始从节能模式向标准待机模式切换的运转模式的切换动作。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的整体结构的图，

图2是表示图1的激光振荡器和激光加工机的重要部分结构的图，

图3是表示示出本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的动作的一例的时间图的图，

图4是表示图3的变形例的图，

图5是表示图3的其它变形例的图，

图6是表示图3的另一变形例的图。

具体实施方式

下面，参照图1～图6来说明本发明的激光加工装置的实施方式。图1是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置100的整体结构的图。如图1所示，激光加工装置100具有：激光振荡器1，其生成激光；激光加工机2，其使用从激光振荡器1输出的激光来进行激光加工；以及控制部3，其按照加工程序来控制激光振荡器1和激光加工机2。

激光加工机2是具有对工件进行激光加工的激光加工部2A以及使用模具对工件形成孔的冲孔加工部2B的复合加工机，能够选择性地且连续地进行激光加工和冲孔加工。

控制部3主要由数值控制装置(CNC)构成，具有：加工控制部30，其控制激光加工时和冲孔加工时的激光振荡器1和激光加工机2的动作；准备动作部31，其使激光振荡器1和激光加工机2进行激光加工前的准备动作；以及模式切换部32，其在进行激光加工之前和进行激光加工之后切换激光振荡器2的运转模式。此外，控制部3包括读取并解释预先决定的加工程序(NC程序)的读取解释部、对加工程序所指示的指令值进行插值运算并分配给XYZ的各进给轴的插值部、产生用于提供给激光加工机1的伺服电动机25A、25B、25C(图2)的电动机驱动电流的伺服放大器等。

图2是表示激光振荡器1和激光加工机2的重要部分结构的图。此外，在图2中，主要示出了激光加工机2的结构中的激光加工部2A的结构，省略了对于与激光加工部2A相邻设置的冲孔加工部2B的结构的图示。

如图2所示，激光振荡器1具有：激光气体所循环的气体流路10；与气体流路1连通的放电管11、12；夹着放电管11、12配置的输出镜13和后镜14；对放电管11、12施加电压(放电管电压)的电源部15；对激光气体进行冷却的热交换机16；使激光气体沿气体流路10循环的送风机17；以及设置于激光的输出路径PA的遮板(shutter)18。

各放电管11、12分别具有主电极11a、12a和辅助电极11b、12b。当对主电极11a、12a供给电力时，即当施加了放电管电压时，在放电管11、12内的激光气体中开始放电。通过该主放电，激光气体被激励而产生光，在输出镜13与后镜14之间发生谐振来受激发射从而被放大，其一部分作为激光从输出镜13被取出。所取出的激光经由能够开闭的遮板18被输出到激光加工机2。在遮板18被关闭时，阻止激光输出到外部，激光被光束吸收器(beamabsorber)19所接收。

激光加工机2(激光加工部2A)具有：底座20；立柱21，其竖立设置于底座上；工作台22，其以能够在水平方向(XY方向)上移动的方式设置于底座20的上方；以及加工头23，其被设置成能够沿立柱在上下方向(Z方向)上移动。激光从激光振荡器1经由输出路径PA被引导至加工头23，该加工头23利用激光对工作台上所支承的工件W进行激光加工(切断、开孔等)。

在进行激光加工时，通过辅助气体供给部24对加工头23供给辅助气体。通过由在X方向和Y方向上延伸的滚珠丝杠以及对各滚珠丝杠进行旋转驱动的伺服电动机25A、25B等构成的直线进给机构，沿X方向和Y方向的进给轴在XY方向上驱动工作台22。通过由在Z方向上延伸的滚珠丝杠以及对滚珠丝杠进行旋转驱动的伺服电动机25Z等构成的直线进给机构，沿Z方向的进给轴在Z方向上驱动加工头23。

在冲孔加工过程中、加工材料的更换过程中等不进行激光加工时，通过模式切换部32(图1)使激光振荡器1成为待机状态，在该待机状态下激光振荡器1的消耗电力低于激光加工时。该待机状态包括能够立即射出激光的状态(称作标准待机模式)以及消耗电力少于标准待机模式的状态(称作节能模式)。此外，将激光加工时(激光输出时)的激光振荡器1的运转模式称作加工模式。

在标准待机模式下，即使激光输出为零(0W)，也从电源部15对主电极11a、11b和辅助电极11b、12b持续供给固定量的电力。所供给的电力量被调整为主电极11a、12a的主放电消失的状态且只有辅助电极11b、12b的辅助放电开始的状态。该辅助放电由于是微弱的放电而不直接有助于激光输出，但是作为用于在激光输出为零(0W)的主放电消失的状态(基础放电的状态)下也使主放电容易开始的辅助放电而维持。即，即使在激光输出为零时，只要气体激光振荡器1未完全停止，电源部15就输出维持辅助放电的待机电力。

另一方面，在节能模式下，不从电源部15对主电极11a、11b和辅助电极11b、12b施加电压，主放电和辅助放电都消失。即，在节能模式下基础放电停止，与此相应地消耗电力比标准待机模式少。当在辅助放电未启动的节能模式的状态下对电源部15发出输出指令(光束射出)时，不能取得电源部15与放电负载的阻抗匹配，从而对放电管11、12施加过大的电压。其结果，存在过电流流过电源部15而电源部15破损或警告停止的担忧。

为了防止这种情况，当在冲孔加工时等不进行激光加工的状态下从控制部3输出激光加工指令时，模式切换部32将运转模式从节能模式切换为标准待机模式。在该状态下，根据来自加工控制部30(图1)的指令，激光振荡器1输出激光。在输出激光时，运转模式从标准待机模式切换为加工模式。

激光加工指令包括准备动作指令和激光输出指令，该准备动作指令指示用于能够进行激光加工的准备动作，该激光输出指令指示输出激光。当输出激光加工指令时，首先输出准备动作指令，之后输出激光输出指令。准备动作指令和激光输出指令被预先写入加工程序中。此外，也能够通过用户的开关操作等输出这些指令。

当从控制部3输出了准备动作指令时，准备动作部31(图1)按照加工程序开始激光加工的准备动作。具体进行：设定激光输出的占空比、激光输出的大小等加工条件；进行将辅助气体的气体压力调整为目标值的辅助气体压力的选定；将工作台22和加工头23移动到激光加工位置；打开遮板18等。当这些准备动作完成时，能够进行激光加工动作，从控制部3输出激光输出指令。

在这种情况下，如果模式切换部32在准备动作完成之后使激光振荡器1开始将运转模式从节能模式切换为标准待机模式，则节能模式的持续时间变长，激光加工动作的开始发生延迟。其结果，消耗电力增大，加工效率也恶化。

一般来说，从输出准备动作指令起到进给轴向加工位置的移动、辅助气体压力的选定、遮板打开动作等准备动作完成为止，需要1～2秒左右的时间。与此相对，从激光振荡器1的省电模式(主放电和辅助放电消失的状态)转变为标准待机模式(只有辅助放电启动的状态)所需的时间为1秒以内，比准备动作所需的时间短。因此，在本实施方式中，在与准备动作的开始相同的定时输出运转模式的切换指令(模式切换指令)，开始使运转模式从节能模式向标准待机模式切换。由此，在准备动作完成的时间点，运转模式的切换已完成，能够在准备动作完成后立即开始激光加工动作。

模式切换指令被嵌入于与输出准备动作指令的加工程序上的块相同的块。或者，作为与准备动作指令相同的指令来输出模式切换指令。图3是表示本实施方式所涉及的激光加工装置100的主要动作、即根据从控制部3对激光振荡器1和激光加工机2输出的控制信号而得到的动作的一例的时间图。具体地说，示出了激光振荡器1的各运转模式(加工模式、标准待机模式、节能模式)的切换、被写入加工程序的各指令(遮板打开指令、辅助气体供给指令、加工条件设定指令、加工切换指令)的输出定时。

当在图3的时间点t₀激光加工结束时，成为激光振荡器1的主放电消失的基础放电状态，运转模式从加工模式切换为标准待机模式。之后，当在时间点t₁辅助气体供给指令变为OFF时，准备动作部31使辅助气体的供给停止。并且，当在时间点t₂输出了从激光加工向冲孔加工的加工切换指令时，模式切换指令被输出，模式切换部32停止放电管11、12的基础放电，将运转模式从标准待机模式切换为节能模式。在时间点t₂，遮板打开指令变为OFF，准备动作部31关闭遮板18。也可以使关闭遮板18的定时为时间点t₁。此外，在时间点t₂，加工条件设定指令也变为OFF。

当在冲孔加工结束之后在时间点t₃作为准备动作指令输出了从冲孔加工向激光加工的加工切换指令时，模式切换指令同时被输出，模式切换部32开始从节能模式向标准待机模式切换的运转模式的切换动作。运转模式的切换动作是通过使施加于放电管11、12的放电管电压的指令值(电源输出指令值)逐渐增加来进行的。此时，虽然放电管电压增加，但是当放电开始时放电管电压相对于电源输出指令值的变化比率变小。因此，基于放电管电压相对于电源输出指令值的变化比率来判定放电开始，当判定为放电开始时，停止电源输出指令值的增加。在图3中，从时间点t₃起Δt₁后判定为放电开始，此时激光振荡器1成为辅助放电已启动的标准待机模式。

之后，在时间点t₄，输出加工条件设定指令，对激光加工的加工条件(激光输出值等)进行设定。当在时间点t₅输出了辅助气体供给指令和遮板打开指令时，准备动作部31开始辅助气体的供给，并且开始遮板18的打开动作。从在时间点t₃输出准备动作指令起到准备动作完成为止需要时间，在准备动作完成的时间点t₅，运转模式已从节能模式切换为标准待机模式。当用于激光加工的准备动作完成时，由加工控制部30指示输出激光，进行激光加工。由此，在时间点t₆激光振荡器1成为加工模式。

根据以上的实施方式，能够起到如下的作用效果。

(1)当输出了激光加工的准备动作指令(图3的时间点t₃的加工切换指令)时，准备动作部31控制激光振荡器(遮板18)和激光加工机2来开始用于进行激光加工的准备动作，模式切换部32控制放电管电压来开始从节能模式向标准待机模式切换的运转模式的切换动作。即，将模式切换指令与准备动作指令同时输出，在与准备动作的开始相同的定时开始运转模式的切换。由此，能够时机正好地进行节能模式的解除动作，节能模式的持续时间变短而待机电力得以抑制，能够提高节能的效果。

(2)在激光振荡器1的运转模式从节能模式切换为标准待机模式之后，准备动作部31打开激光振荡器1的遮板18(图3的时间点t₅)。由此，在从节能模式向标准待机模式的转变动作过程中，遮板18被保持为关闭状态，能够防止在使放电管电压逐渐增加来开始了放电时激光输出到外部。此外，也可以由准备动作部31判定激光振荡器1的运转模式是否从节能模式已切换为标准待机模式，以判定为已切换为标准待机模式为条件来打开激光振荡器1的遮板18。

(3)当在激光振荡器1被切换为标准待机模式的状态下输出从激光加工向冲孔加工的加工切换指令时(图3的时间点t₂)，模式切换部32将运转模式从标准待机模式切换为节能模式，准备动作部31关闭遮板18。即，根据与从冲孔加工向激光加工的加工切换指令(准备动作指令)成对的从激光加工向冲孔加工的加工切换指令，将运转模式从标准待机模式切换为节能模式，并且关闭遮板18。由此，能够简化加工程序的结构，能够以少的指令来进行运转模式的切换和遮板的关闭动作，能够缩短处理时间。

(4)将使加工动作从冲孔加工切换为激光加工的加工切换指令用作准备动作指令，因此能够在切换加工动作的定时将激光振荡器1切换为标准待机模式，从而能够实现向激光加工的顺畅切换。另外，加工切换指令是在进行激光加工的情况下作为激光加工指令最先输出的指令，能够使运转模式尽早切换。因而，能够在准备动作部31的准备动作完成之前可靠地将运转模式切换为标准待机模式，能够在准备动作完成之后立即转变为加工模式。

此外，在上述实施方式中，模式切换部32使运转模式在标准待机模式与节能模式之间切换，但是也可以设定多个节能模式，使运转模式在标准待机模式与多个节能模式之间依次切换。图4是表示这种情况下的动作的一例的时间图。图中，第一节能模式是停止了激光振荡器1的辅助放电的运转模式，第二节能模式是从第一节能模式的状态进一步停止了激光振荡器1的送风机17的运转的运转模式。因而，第二节能模式的电力消耗量(消耗能量)比第一节能模式少。

如图4所示，当在时间点t₂输出了加工切换指令时，模式切换指令同时被输出，模式切换部32将运转模式从标准待机模式切换为第一节能模式。之后，当在时间点t₂’输出了模式切换指令时，模式切换部32将运转模式从第一节能模式切换为第二节能模式。并且，当在时间点t₃输出了加工切换指令(准备动作指令)时，模式切换指令同时被输出，模式切换部32将运转模式从第二节能模式切换为第一节能模式。之后，当在时间点t₃’输出了模式切换指令时，模式切换部32将运转模式从第一节能模式切换为标准待机模式。此外，时间点t₂’、t₃’的模式切换指令被嵌入于加工程序。也能够通过用户的开关操作等来输出这些模式切换指令。也可以与加工切换指令(准备动作指令)同时地输出将运转模式从第二节能模式切换为第一节能模式的模式切换指令。

通过像这样设定多个节能模式，能够进一步抑制激光加工时以外的激光振荡器1的电力消耗量。与设定了单一的节能模式的情况相比，设定了多个节能模式时恢复到标准待机模式更花时间。即，图4的Δt₂比图3的Δt₁长。因此，也可以使用户能够选择是否设定多个节能模式。例如，在想要提高节能的效果的情况下设定多个节能模式，在想要使激光加工尽快开始的情况下设定单一的节能模式即可。

在上述实施方式中，将加工切换指令用作准备动作指令，但是也可以将加工条件设定指令用作准备动作指令。图5是表示这种情况下的动作的一例的时间图。在图5中，当在时间点t₃输出加工切换指令之后在时间点t₄输出了加工条件设定指令时，模式切换指令同时被输出。由此，模式切换部32将运转模式从节能模式切换为标准待机模式。之后，在时间点t₅输出辅助气体供给指令和遮板打开指令，当准备动作完成时，在时间点t₆运转模式成为加工模式。加工条件设定指令在加工切换指令之后输出，因此通过将加工条件设定指令用作准备动作指令，能够比图3进一步缩短标准待机模式的持续时间。

也能够将用于开始从辅助气体供给部24向加工头23供给辅助气体的辅助气体供给指令用作准备动作指令。图6是表示这种情况下的动作的一例的时间图。在图6中，在时间点t₃输出加工切换指令，在时间点t₄输出加工条件设定指令。之后，当在时间点t₅₁输出辅助气体供给指令时，与此同时模式切换指令被输出。由此，模式切换部32将运转模式从节能模式切换为标准待机模式。当运转模式的切换完成时，在时间点t₅₂输出遮板打开指令。当准备动作完成时，在时间点t₆运转模式成为加工模式。辅助气体供给指令在加工条件设定指令之后输出，因此通过将辅助气体供给指令用作准备动作指令，能够更进一步缩短标准待机模式的持续时间。

也能够将遮板18的打开指令用作准备动作指令。在这种情况下，优选的是，准备动作部31以如下方式控制遮板18：即使输出遮板打开指令，也直到激光振荡器1的运转模式从节能模式切换为标准待机模式为止关闭输出路径PA。也能够将使加工头23定位于规定位置的加工头定位指令或者使工作台22定位于规定位置的工作台定位指令用作准备动作指令。还能够将加工头定位指令和工作台定位指令这两方用作准备动作指令。遮板打开指令、加工头定位指令以及工作台定位指令均在加工切换指令之后输出，因此能够比图3进一步缩短标准待机模式的持续时间。

此外，在上述实施方式(图3)中，将从冲孔加工向激光加工的加工切换指令用作从节能模式向标准待机模式的模式切换指令(第一转变指令)，将与其成对的从激光加工向冲孔加工的加工切换指令用作从标准待机模式向节能模式的模式切换指令(第二转变指令)。然而，具有彼此成对的关系的第一转变指令和第二转变指令不限于此，例如也可以将辅助气体供给指令或遮板打开指令用作第一转变指令，将辅助气体停止指令或遮板关闭指令用作第二转变指令。即，将激光加工机2或遮板18(遮板部)从第一状态(冲孔加工状态、辅助气体供给状态、遮板打开状态)变更为第二状态(激光加工状态、辅助气体停止状态、遮板关闭状态)的第一转变指令和从第二状态变更为第一状态的第二转变指令可以是任意的。

在上述实施方式中，将激光加工机2构成为进行冲孔加工和激光加工的复合加工机，但是也可以构成为进行激光加工和除冲孔加工以外的其它加工的复合加工机。在构成为仅进行激光加工的激光加工机的情况下，也同样能够应用本发明的激光加工装置。

也能够将上述实施方式与变形例的一个或多个任意组合。

根据本发明的激光加工装置，当输出了激光加工的准备动作指令时，开始从节能模式向标准待机模式切换的运转模式的切换动作，因此能够时机正好地进行节能模式的解除动作。

以上，与本发明的优选实施方式相关联地说明了本发明，但是能够不脱离前述的权利要求书的公开范围地进行各种修正和变更，这是本领域技术人员所可以理解的。

Claims (9)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光振荡器(1)，其生成激光，该激光振荡器具有被施加放电管电压的放电管(11，12)以及设置于激光的输出路径(PA)的遮板部(18)；

激光加工机(2)，其使用经由上述输出路径从上述激光振荡器输出的激光来进行激光加工；以及

控制部(3)，其按照加工程序来控制上述激光振荡器和上述激光加工机，

上述控制部具有：

准备动作部(31)，当在激光输出指令之前输出了准备动作指令时，该准备动作部控制上述激光加工机使其开始用于进行激光加工的准备动作；以及

模式切换部(32)，其控制施加于上述放电管的放电管电压，使上述激光振荡器的运转模式在进行激光加工之前的标准待机模式与消耗电力少于该标准待机模式的节能模式之间切换，

其中，上述模式切换部以如下方式控制上述放电管电压：在上述准备动作指令输出之前将运转模式切换为上述节能模式，当输出了上述准备动作指令时，开始从上述节能模式向上述标准待机模式切换的运转模式的切换动作。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

上述准备动作部还对上述遮板部进行控制，使得直到上述激光振荡器的运转模式从上述节能模式切换为上述标准待机模式为止关闭上述输出路径。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述准备动作指令包括将上述激光加工机或上述遮板部从第一状态变更为第二状态的第一转变指令，

当在上述激光振荡器被切换为上述标准待机模式的状态下输出了将上述激光加工机或上述遮板部从上述第二状态变更为上述第一状态的第二转变指令时，上述模式切换部将运转模式从上述标准待机模式向上述节能模式切换，

上述准备动作部对上述遮板部进行控制，使得在上述运转模式根据上述第二转变指令转变为上述节能模式时关闭上述输出路径。

4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述节能模式包括第一节能模式以及消耗电力少于该第一节能模式的第二节能模式，

上述模式切换部以如下方式控制上述放电管电压：在上述准备动作指令输出之前将运转模式切换为上述第二节能模式，当输出了上述准备动作指令时，依次开始从上述第二节能模式向上述第一节能模式的切换以及从上述第一节能模式向上述标准待机模式切换的运转模式的切换动作。

5.根据权利要求2～4中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工机是能够选择性地执行激光加工和其它加工的复合加工机，

上述准备动作指令是将加工动作从上述其它加工切换为激光加工的加工切换指令。

6.根据权利要求2～4中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述准备动作指令是设定激光加工的加工条件的加工条件设定指令。

7.根据权利要求2～4中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工机具有：

加工头(23)，其向加工对象物照射激光；以及

辅助气体供给部(24)，其向该加工头供给辅助气体，

其中，上述准备动作指令是用于开始从上述辅助气体供给部向上述加工头供给辅助气体的辅助气体供给指令。

8.根据权利要求2～4中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述准备动作指令是上述遮板部的打开指令，

上述准备动作部对上述遮板部进行控制，使得直到上述激光振荡器的运转模式从上述节能模式切换为上述标准待机模式为止关闭上述输出路径。

9.根据权利要求2～4中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工机具有：

加工头(23)，其向加工对象物照射激光；以及

工作台(22)，其以使上述加工对象物相对于上述加工头能够进行相对移动的方式支承该加工对象物，

其中，上述准备动作指令是将上述加工头和上述工作台中的至少一方定位于规定位置的定位指令。