CN104602859A

CN104602859A - 激光加工装置

Info

Publication number: CN104602859A
Application number: CN201380045729.4A
Authority: CN
Inventors: 京藤友博
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-05-06
Anticipated expiration: 2033-04-23
Also published as: JP5452784B1; DE112013004346T5; JPWO2014038241A1; CN104602859B; US9446481B2; US20150158123A1; WO2014038241A1

Abstract

一种激光加工装置，其具有：激光振荡器，其振荡产生激光；加工头(4)，其将从激光振荡器射出的激光照射至被加工物；以及光路管，其具有光学系统，该光学系统将激光从激光振荡器引导至加工头(4)，在激光加工装置中，准备有使对被加工物进行加工时的参数不同的多个动作模式，在动作模式中包含有节能模式，该节能模式与其他动作模式相比，将激光的输出范围设定得较低。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及一种通过激光对被加工物进行加工的激光加工装置。

背景技术

当前，在生产现场中使用各种各样的工作机械。在上述工作机械中，在对被加工物进行加工时，在工作机械所具有的各要素中设定有作为动作条件的参数。对于工作机械，有时要求更加高品质的加工，或有时要求进一步抑制消耗能量后进行的加工等，根据所要求的条件的不同，在各要素中设定的参数也不同。因此，例如在专利文献1～3中公开了下述工作机械，该工作机械能够根据工作机械的动作状况、动作目的，切换成参数不同的多个动作模式。

专利文献1：日本特开2011－115967号公报

专利文献2：日本特开平6－161535号公报

专利文献3：日本特开2010－240800号公报

发明内容

在这里，作为工作机械的一种，列举通过激光对被加工物进行加工的激光加工装置。通常，存在下述实际情况，即，为了能够通过激光加工装置在生产率以及品质更高的状态下对被加工物进行加工，在出厂时实现了参数的优化。

对于以为了提高生产率以及品质而优化后的参数进行的加工，能量的消耗量容易变大。在近些年的针对节能化的要求中，还存在下述期望，即，通过能够以抑制生产率以及品质的参数进行加工，希望对能量的消耗量进行抑制。

但是，在上述的现有技术中，没有对激光加工装置的动作模式的切换进行公开。另外，没有对激光加工装置中所特有的参数、例如与激光的输出相关的参数的设定进行公开。因此，存在下述问题，即，难于直接应用上述的现有技术而得到一种能够根据动作状况、动作目的进行动作模式的切换的激光加工装置。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到一种激光加工装置，该激光加工装置能够切换成使激光的输出这种激光加工装置所特有的参数不同的多个动作模式，对被加工物进行加工。

为了解决上述课题并实现目的，本发明的激光加工装置具有：激光振荡器，其振荡产生激光；加工头，其将从激光振荡器射出的激光照射至被加工物；以及光路管，其具有光学系统，该光学系统将激光从激光振荡器引导至加工头,在激光加工装置中，准备有使对被加工物进行加工时的参数不同的多个动作模式，在动作模式中包含有节能模式，该节能模式与其他动作模式相比，将作为参数的激光的输出范围设定得较低。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果，即，能够切换成使激光加工装置所特有的参数不同的多个动作模式，对被加工物进行加工。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光加工装置的概略结构的图。

图2是表示激光振荡装置的概略结构的图。

图3表示在存储部中存储的针对每个运转模式的参数的表格(参数表)的图。

图4是表示在使激光风机的转速不同的情况下，向放电电极输入的电力与激光输出的关系的图。

图5是表示在使冷却装置的温度不同的情况下，向放电电极输入的电力与激光输出的关系的图。

具体实施方式

下面，基于附图，对本发明的实施方式所涉及的激光加工装置进行详细说明。此外，本发明并不限定于本实施方式。

实施方式1.

图1是表示本发明的实施方式1所涉及的激光加工装置的概略结构的图。激光加工装置50具有：激光振荡装置1、光路管2、偏转镜(光学系统)3、加工头4、驱动部5、净化部6、集尘器7、切换部(输出切换部)8、运转状态监视部9、控制部10、显示部11、以及存储部23。激光加工装置50将从激光振荡装置1振荡产生的激光从加工头4向被加工物20射出，对被加工物20进行加工。

图2是表示激光振荡装置1的概略结构的图。激光振荡装置1在框体16的内部收容激光振荡器30、冷却装置15、以及激光风机(送风机)17而构成。在框体16的内部封入有作为气体激光器中的激光介质的CO₂、CO、He、N₂、H₂等激光气体。激光风机17使激光气体流动，并使激光气体在框体16内进行循环。

激光振荡器30具有放电电极12、部分反射镜13、以及全反射镜14。在框体16的内部，如果对放电电极12输入高电压，则在放电电极12之间产生放电。通过该放电，激光气体受到激发，由此产生出的光在部分反射镜13与全反射镜14之间进行共振。而且，进行共振后的光的一部分作为激光透过部分反射镜13，向光路管2内射出。

对于激光振荡器30，因在射出激光时施加有高电压的放电电极12而容易形成高温。冷却装置15将激光振荡器30冷却。在冷却装置15中，能够流动水等液体冷媒(流体)或者氮气等气体冷媒(流体)。冷却装置15的温度通过温度计21进行测定。由温度计21测定出的温度信息发送至控制部10。此外，通过利用激光风机17使框体16内的激光气体进行循环，也实现了激光振荡器30的冷却。越增大激光风机17的转速而增大激光气体的循环量，对激光振荡器30进行冷却的效果越大。

光路管2的内部形成将从激光振荡器30射出的激光引导至加工头4的光路。在光路管2中设置有弯曲的部分。偏转镜3设置在光路管2的弯曲部处，使激光的行进路径变更，使激光沿光路管2行进。

净化部6向光路管2的内部供给净化气体。对于净化气体使用不会对激光的吸收造成影响的气体，例如氮气或干燥空气。

通过光路管2的内部而到达加工头4的激光从加工头4的前端向被加工物20射出。驱动部5使加工头4在X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向上移动。通过加工头4的移动，被加工物20上的激光的照射位置也发生移动，能够将被加工物20加工成所希望的形状。

集尘器7对在被加工物20的加工时产生的粉尘等进行集尘。集尘器7具有对被加工物20的加工部分周围的空气进行吸引的压缩机(未图示)等而构成。切换部8是用于对在激光加工装置50中所设定的参数进行变更的操作部。作为能够通过切换部8进行变更的参数，例如列举出下述参数：从激光振荡装置1射出的激光的输出、在对被加工物20进行加工时的加工头4向X轴方向、Y轴方向、以及Z轴方向的速度。

运转状态监视部9监视激光加工装置50的运转状态。具体地说，对从激光振荡器30射出激光的时间进行累加(累积时间)、以及对从激光振荡器30射出的激光的光束形状进行观察。而且，运转状态监视部9在累积时间超过预定的阈值的情况下，或者在光束形状偏离预定的规定形状的情况下，向控制部10发送激光劣化信息。

在激光振荡器30中，部分反射镜13有时由于射出激光时的温度变化等发生历时劣化，其形状发生变形。有时由于部分反射镜13的形状发生变形，从激光振荡器30射出的激光的光束形状也发生变形，导致加工精度的降低。例如，优选光束形状是正圆形状，但有时由于部分反射镜13发生历时劣化而变为椭圆形状。此外，在下面的说明中，将由于发生历时劣化等导致激光的光束形状发生变化的情况简称为激光的劣化。

运转状态监视部9在累积时间超过预定的阈值的情况下，判断为由于历时劣化等光束形状发生了变形，向控制部10发送激光劣化信息。另外，运转状态监视部9直接观察光束形状，在光束形状发生了变形的情况下，也向控制部10发送激光劣化信息。

为了直接观察光束形状，例如，由半反射镜构成偏转镜3，只要观察透过偏转镜3后的激光的光束形状即可。在这种情况下，在运转状态监视部9中包含观察单元(未图示)，该观察单元配置在被透过偏转镜3后的激光照射的位置处，对光束形状进行观察。

另外，为了直接观察光束形状，例如，也可以在从加工头4射出的激光所能够照射到的位置处配置对光束形状进行观察的观察单元(未图示)。如果在预定的定时或者任意的定时使加工头4移动至能够使激光向观察单元进行照射的位置处，则能够对光束形状进行观察。在这种情况下，在运转状态监视部9中包含在激光能够照射到的位置处所配置的观察单元。

控制部10对激光加工装置50的各种动作、各种参数进行控制。控制部10按照在存储部23中存储的加工程序，对激光振荡装置1、驱动部5进行控制，对被加工物20进行加工。

另外，控制部10对与激光加工装置50的运转模式相匹配的参数进行控制。图3是表示在存储部23中存储的针对每个运转模式的参数的表格(参数表)的图。控制部10参照在存储部23中存储的参数表，对各种参数进行控制。

在本实施方式中，作为针对每个运转模式设定的参数，对“激光的输出范围”、“激光风机17的转速”、“冷却装置15的温度设定”、“光路管2的净化流量”、“加工头4的X、Y、Z轴的速度(移动速度)”、以及“集尘器7的吸入风量”进行例示，但不限定于此。在这些参数中，“激光的输出范围”和“加工头4的移动速度”是用户能够通过切换部对设定进行变更的参数。能够将这些参数称为用户可自由设定的参数。另一方面，除了这些参数以外的参数即“激光风机17的转速”、“冷却装置15的温度设定”、“光路管2的净化流量”、以及“集尘器7的吸入风量”是在激光加工装置50出厂时预先设定而用户无法变更的参数。能够将这些参数称为用户无法自由设定的参数。

参数的设定、控制是通过控制部10进行的。例如，控制部10控制对放电电极12施加的电压而控制激光的输出。另外，控制部10基于从温度计21发送的温度信息，控制在冷却装置15中的冷媒的流量而控制冷却装置15的温度。另外，控制部10调节在净化部6与光路管2之间设置的阀(未图示)的开度，进行净化流量的控制。另外，控制部10控制驱动部5而控制加工头4的移动速度。另外，控制部10控制集尘器7而控制吸入风量。

在本实施方式所示的激光加工装置50中，准备有品质重视模式、生产率重视模式、以及节能模式这3种运转模式。首先，对用户可自由设定的参数在各运转模式下的设定范围进行说明。

在品质重视模式中，通过一边增大激光的输出范围，一边将加工头4的移动速度抑制得较低，从而实现被加工物20的加工品质的提高。具体地说，激光的输出范围能够设定至4000W为止，加工头4的移动速度能够设定至5m/s为止。

在生产率重视模式中，通过一边将激光的输出范围设定为与品质重视模式相同的范围，一边与品质重视模式相比增大加工头4的移动速度的设定范围，从而实现被加工物20的加工速度的提高。具体地说，激光的输出范围能够设定至4000W为止，加工头4的移动速度能够设定至15m/s为止。

在节能模式中，通过一边与品质重视模式、生产率重视模式相比将激光的输出范围抑制得较低，一边与品质重视模式相同地将加工头4的移动速度抑制得较低，从而实现在对被加工物20进行加工时的节能化。具体地说，激光的输出范围能够设定至2000W为止，加工头4的移动速度能够设定至5m/s为止。

用户能够通过操作切换部8，在针对每个运转模式确定出的范围内，设定激光的输出和加工头4的移动速度。在将激光的输出和加工头4的移动速度设定为这些范围之外的值的情况下，控制部10可以使显示部11等发出警告，提示用户进一步对设定进行变更。另外，可以在发出警告的期间进行控制，以使得激光加工装置50不进行运转。即，控制部10不但作为对激光以规定外的输出值射出进行限制的输出限制部起作用，还作为对加工头4以规定外的速度移动进行限制的速度限制部起作用。当然，也可以设置多个控制部10而分别分配各个功能。

下面，对各运转模式中的用户无法自由设定的参数的设定范围进行说明。首先，“激光风机17的转速”在品质重视模式和生产率重视模式中设定为12000rpm。在节能模式中设定为比品质重视模式、生产率重视模式低的9000rpm。其原因在于，节能模式的激光的输出范围比品质重视模式、生产率重视模式低，因此，即使抑制激光风机17的转速，也能够充分地冷却激光振荡器30。

并且，从能量效率的方面考虑，也优选在节能模式中抑制激光风机17的转速。图4是表示在使激光风机17的转速不同的情况下，向放电电极12输入的电力与激光输出的关系的图。在图4中，用实线表示激光风机17的转速是12000rpm的情况，用虚线表示9000rpm的情况。

如图4所示，实线与虚线的斜率不同，在区域A的范围内得到相同的激光输出时，降低了激光风机17的转速的一方能够降低输入电力。另一方面，在区域B的范围内得到相同的激光输出时，提高了激光风机17的转速的一方能够降低输入电力。

在这里，在本实施方式中，将激光输出设为4000W的情况使用于区域B的范围内，将激光输出设为2000W的情况使用于区域A的范围内。因此，在激光输出设定为2000W为止的节能模式中，将激光风机17的转速抑制在9000rpm的情况能够实现能量效率的提高。

下面，在品质重视模式和生产率重视模式中，将“冷却装置15的温度设定”设定为10±3℃。在节能模式中设定为比品质重视模式、生产率重视模式高的温度即15±3℃。其原因在于，节能模式中的激光的输出范围比品质重视模式、生产率重视模式低，因此，即使提高冷却装置15的温度，也能够充分地冷却激光振荡器30。

并且，从能量效率的方面考虑，也优选在节能模式中提高冷却装置15的温度。图5是表示在使冷却装置15的温度不同的情况下，向放电电极12输入的电力与激光输出的关系的图。在图5中，用实线表示冷却装置15的温度是10±3℃的情况，用虚线表示15±3℃的情况。

如图5所示，实线与虚线的斜率不同，在区域C的范围内得到相同的激光输出时，提高了冷却装置15的温度的一方能够降低输入电力。另一方面，在区域D的范围内得到相同的激光输出时，降低了冷却装置15的温度的一方能够降低输入电力。

在这里，在实施方式中，将激光输出设为4000W的情况使用于区域D的范围内，将激光输出设为2000W的情况使用于区域C的范围内。因此，在激光输出设定为2000W为止的节能模式中，将冷却装置15的温度提高至15±3℃，能够实现能量效率的提高。

下面，在品质重视模式和生产率重视模式中，将“光路管2的净化流量”设定为50L/min。在节能模式中设定为比品质重视模式、生产率重视模式小的流量即25L/min。其原因在于，节能模式下的激光的输出范围比品质重视模式、生产率重视模式低，因受到光路中的气体的吸收所导致的激光的劣化较少，因此，即使减小净化气体的流量，也能够充分地抑制激光的劣化。

下面，在品质重视模式和生产率重视模式中，将“集尘器7的吸入风量”设定为80m³/min。在节能模式中设定为比品质重视模式、生产率重视模式小的风量即60m³/min。其原因在于，与品质重视模式、生产率重视模式相比，节能模式下的加工速度较慢，所产生的粉尘的量也会受到抑制，因此，即使减小集尘器7的吸入风量，也能够充分地进行集尘。

运转模式的切换存在用户通过切换操作进行的情况和由控制部10自动进行的情况。作为用户通过切换操作进行运转模式的切换的情况，例如可以构成为，在显示部11中对表示当前的运转模式的信息进行显示，用户通过操作未图示的操作部等而切换至任意的运转模式。

例如，在产品的交货期临近、不考虑能量消耗量而重视生产效率的情况下，切换成生产率重视模式即可。另外，例如，在产品的交货期的时间充裕、不要求较高的加工精度的情况下，切换成节能模式即可。另外，例如，在产品的交货期的时间充裕、要求较高的加工精度的情况下，切换成品质重视模式即可。

作为自动进行运转模式的切换的情况，例如可以构成为，在控制部10接收到从运转状态监视部9发送的激光劣化信息时，控制部10自动地切换成节能模式。在这里，控制部10作为自动地切换动作模式的切换部起作用。在被发送激光劣化信息的情况下，如上述所示，激光发生了劣化的可能性较高。

在激光发生了劣化的情况下，有时在品质重视模式、生产率重视模式等级下的激光的输出范围内，加工精度降低的影响较大，无法继续被加工物20的加工。另一方面，即使在激光发生了劣化的情况下，通过一边将激光的输出范围抑制得较低，一边也将加工头4的移动速度抑制得较低，从而能够抑制加工精度降低的影响。

因此，即使在激光发生了劣化的情况下，如果是将激光的输出范围以及加工头4的移动速度抑制得较低的节能模式，则有时能够维持一定程度的加工品质而进行被加工物20的加工。因此，在本实施方式中，在接收到激光劣化信息的情况下，即，在能够判断出激光发生了劣化的情况下，通过将运转模式自动地切换成节能模式，从而能够维持一定程度的加工品质而继续被加工物20的加工。

在这里，在没有准备节能模式的情况下，直至激光的劣化得到改善为止无法进行被加工物20的加工，有时会导致生产效率的大幅度的降低。特别地，在无法立即安排进行维修的作业人员的情况下，或者在要更换的部件的购入花费时间的情况下，加工停止时间变长，容易产生较大的问题。

另一方面，在本实施方式中，即使在激光发生了劣化的情况下，也能够将运转模式切换成节能模式，继续被加工物20的加工，因此，能够抑制生产效率的降低。

此外，在进行向节能模式的自动切换的情况下，如果将切换成节能模式的提示显示在显示部11中而向用户进行通知，则能够使用户提前掌握加工速度由于运转模式的切换而降低的情况。

如果用户能够提前掌握已切换至节能模式的情况，则能够提前进行激光振荡装置1的维修等应对，能够提前恢复至品质重视模式、生产率重视模式。

另外，还可以构成为，在进行向节能模式的自动切换之前，在显示部11中显示即将进行向节能模式的切换的提示，仅在用户操作未图示的操作部等而确认运转模式的切换的情况下，进行向节能模式的自动切换。如果按照上述方式构成，则能够使用户更可靠地掌握向节能模式的切换。

如以上说明所述，本实施方式所涉及的激光加工装置能够切换成使激光加工装置特有的参数不同的多个动作模式，进行被加工物的加工。特别是，对于用户可自由设定的参数，一边向用户赋予一定程度的选择自由度，一边在针对每个运转模式确定出的范围内规定出参数的值。而且，对于用户无法自由设定的参数，针对每个运转模式考虑能量效率、节能化，自动地变更参数的值。

另外，即使在由于历时劣化等导致激光发生了劣化的情况下，也能够通过节能模式继续运转，从而维持一定程度的加工品质而继续被加工物20的加工，因此，能够抑制生产效率的降低。

此外，在上述的说明中示出的参数的值只是举例说明，只要根据激光加工装置的规格、其使用目的进行适当的变更即可。

标号的说明

1激光振荡装置，2光路管，3偏转镜(光学系统)，4加工头，5驱动部，6净化部，7集尘器，8切换部，9运转状态监视部，10控制部，11显示部，12放电电极，13部分反射镜，14全反射镜，15冷却装置，16框体，17激光风机(送风机)，20被加工物，21温度计，23存储部，30激光振荡器，50激光加工装置。

Claims

1.一种激光加工装置，其具有：

激光振荡器，其振荡产生激光；

加工头，其将从所述激光振荡器射出的激光照射至被加工物；以及

光路管，其具有光学系统，该光学系统将所述激光从所述激光振荡器引导至所述加工头，

该激光加工装置的特征在于，

在所述激光加工装置中，准备有使对被加工物进行加工时的参数不同的多个动作模式，

在所述动作模式中包含有节能模式，该节能模式与其他动作模式相比，将作为所述参数的所述激光的输出范围设定得较低。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述动作模式中包含生产率重视模式，该生产率重视模式与其他动作模式相比，将作为所述参数的所述加工头的移动速度设定得较大。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

在所述动作模式中包含品质重视模式，该品质重视模式与所述节能模式相比，将所述激光的输出范围设定得较大，与所述生产率重视模式相比，将所述加工头的移动速度设定得较低。

4.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有激光风机，该激光风机使激光气体在所述激光振荡器的内部循环，

在所述节能模式中，与所述品质重视模式以及所述生产率重视模式相比，将作为所述参数的所述激光风机的转速设定得较低，

作为所述节能模式中的向所述激光振荡器输入的电能，基于所述节能模式中的所述激光风机的转速而进行振荡的所述激光，与基于所述品质重视模式以及所述生产率重视模式中的所述激光风机的转速而进行振荡的所述激光相比，输出变大。

5.根据权利要求3或4所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有冷却装置，该冷却装置使流体通过所述激光振荡器的内部而使所述激光振荡器冷却，

在所述节能模式中，与所述品质重视模式以及所述生产率重视模式相比，将作为所述参数的所述冷却装置的温度设定得较高，

作为所述节能模式中的向所述激光振荡器输入的电能，基于所述节能模式中的所述冷却装置的温度而进行振荡的所述激光，与基于所述品质重视模式以及所述生产率重视模式中的所述冷却装置的温度而进行振荡的所述激光相比，输出变大。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有净化单元，该净化单元使净化气体通过所述光路管内，

在所述节能模式中，与所述品质重视模式以及所述生产率重视模式相比，所述净化单元将作为所述参数的所述净化气体的流量减小。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，还具有：

输出切换部，其切换所述激光的输出设定；以及

输出限制部，其在由所述输出切换部设定出的所述激光的输出处于在当前的所述动作模式中所设定的输出设定的范围外的情况下，对所述激光以由所述输出切换部设定出的输出进行振荡的情况进行限制。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，还具有：

速度切换部，其切换所述加工头的移动速度设定；以及

速度限制部，其在由所述速度切换部设定出的所述加工头的移动速度处于在当前的所述动作模式中所设定的移动速度的范围外的情况下，对所述加工头以由所述速度切换部设定出的移动速度动作进行限制。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，还具有：

运转状态监视部，其监视所述激光加工装置的运转状态；以及

自动模式切换部，其基于所述运转状态，自动地切换所述动作模式。

10.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，

所述运转状态监视部所监视的运转状态是所述激光进行振荡的累积时间，

所述自动模式切换部在所述累积时间超过预定的阈值的情况下，自动地切换成所述节能模式。

11.根据权利要求9所述的激光加工装置，其特征在于，

所述运转状态监视部所监视的运转状态是所述激光的光束形状，

所述自动模式切换部基于所述光束形状的变化，自动地切换成所述节能模式。