CN107790873A - 激光控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光控制装置，其构成为根据指令功率的输入来输出激光束。该激光控制装置输入指令功率、和激光加工头与工件的相对移动的加速度，并根据所述指令功率、和对应于所述加速度的系数来计算输出功率，并按照该计算出的输出功率输出激光束。

Description

激光控制装置
技术领域
本发明涉及一种激光控制装置，尤其涉及根据激光加工中的轴动作来变更激光束的输出，从而保持加工面品质的技术。
背景技术
在激光加工中，加工速度、功率(power)、频率、占空比等要素影响工件的切断加工面品质。例如，若在加工路径上存在角部，则激光加工头在角部进行加减速。此时加工速度在角部发生变化，施加于工件的每加工长度的能量发生变化。此时，由于工件与激光加工头的相对速度降低，因此产生加工精度的降低、对加工截面的粗糙度、工件的材质恶化等恶劣影响等。
作为抑制这样的恶劣影响的方法，在日本特开平1-197084号公报以及日本特开昭61-226197号公报中公开了如下内容：控制激光加工头的动作的数值控制装置以与激光加工头速度成比例的方式自动变更功率、频率、占空比。
图1是表示现有技术的典型结构的框图。
数值控制装置(CNC)10的加工程序解析部12解析加工程序11并输出指令功率、指令频率、指令占空比。插补处理部13进行插补处理，计算激光加工头的速度信息。移动指令输出部14基于插补处理的结果来输出移动指令。激光控制部15基于移动指令来控制伺服电动机17。伺服电动机17使激光加工头(未图示)移动。另一方面，激光束指令运算部16根据激光加工头的速度信息、指令功率、指令频率、以及指令占空比，计算并输出适合于目标速度的功率、频率、占空比。并且，激光振荡器(未图示)通过适合于该速度的功率、频率、占空比而输出激光束。
然而，上述现有技术是与数值控制装置中的激光输出控制技术相关的技术。一般情况下，对用于进行现有例子所公开的控制的数值控制装置进行编程，需要较高的技术力。例如，机器人制造商激光加工的专业技术(know-how)的累积大多不丰富，难以对数值控制装置进行编程，并生成考虑了激光加工头的加减速的连续或者脉冲的功率指令。
此外，一般情况下，激光振荡器自身也只具备功率以及光束接通/断开的接口，不具有根据加减速来控制功率的功能。
因此，在机器人进行激光焊接或切断的系统中，在激光加工头进行加减速时仍使用与等速条件时相同的功率、频率或者占空比，其结果是存在产生毛刺等加工不良的问题。
图2是表示现有的激光加工机器人的结构例的框图。
机器人20的激光束指令部21输出指令功率、指令频率、指令占空比、以及光束接通或者断开的指令。激光束指令运算部22根据从激光束指令部21接收到的指令，对激光振荡器23输出功率、以及光束接通或者断开的指令。激光振荡器23根据从激光束指令运算部22接收到的指令输出激光束。这里，输入到激光振荡器23的指令中不包含与激光加工头(未图示)的速度等相关的一切信息。因此，激光振荡器23不进行基于速度等的激光输出控制。
发明内容
本发明是为了解决这些问题点而完成的，其目的在于，提供一种激光控制装置，其根据激光加工中的轴动作来变更激光束的输出，由此能够保持加工面品质。
本发明的第一实施方式所涉及的激光控制装置根据指令功率的输入来输出激光束，该激光控制装置具有：输入部，其接受对所述指令功率、和激光加工头与工件相对移动的加速度的输入；激光控制部，其根据所述指令功率、和对应于所述加速度的系数来计算输出功率；以及D/A转换部，其按照所述输出功率输出所述激光束。
所述激光控制部也可以在所述激光加工头与工件的相对移动进行加速或者减速的期间，进行使所述输出功率渐增或者渐减的控制。
本发明的第二实施方式所涉及的激光控制装置根据指令功率的输入来输出激光束，该激光控制装置具有：输入部，其接受对所述指令功率、和激光加工头与工件的相对移动速度的输入；激光控制部，其根据所述指令功率、和对应于所述速度的变化的系数来计算输出功率；以及D/A转换部，其按照所述输出功率输出所述激光束。
所述激光控制部也可以在所述激光加工头与工件的相对移动进行加速或者减速的期间，进行使所述输出功率渐增或者渐减的控制。
根据本发明，可以提供一种激光控制装置，其根据激光加工中的轴动作来变更激光束的输出，由此能够保持加工面品质。
附图说明
图1是表示控制现有激光加工的数值控制装置的结构例的图。
图2是表示进行现有激光加工的机器人的结构例的图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的激光控制装置的结构的图。
图4是表示本发明的实施方式1所涉及的激光控制装置的动作的图。
图5A以及图5B是表示本发明的实施方式1所涉及的激光控制装置的动作的图。
图6是表示本发明的实施方式2所涉及的激光控制装置的结构的图。
具体实施方式
首先，使用图3～图5B对本发明的实施方式1所涉及的激光控制装置进行说明。
使用图3的框图对本发明的实施方式1所涉及的激光控制装置100的结构进行说明。激光控制装置100具有：输入部110、激光控制部120、以及D/A转换部130。
输入部110除了功率、频率、占空比这样的指令之外，还接受加速度信息的输入。典型地，机器人或者数值控制装置(CNC)输出功率、频率、占空比等指令。并且，在激光加工头、或者装载工件的工作台上安装的加速度传感器输出加速度。优选这些信息为数字信息，优选输入部110例如具备Etherent(注册商标)等数字输入接口。
或者，也可以代替上述加速度传感器，使CNC的插补处理部生成的加速度信息被输入到输入部110。虽然插补处理部实施基于加减速的指令的插补处理，但是可以在此时生成、输出加速度。
激光控制部120监视输入到输入部110的加速度。并且，将与所输入的加速度相对应的系数乘以所输入的指令功率，从而计算激光的输出功率。
D/A转换部130通过激光控制部120计算出的输出功率、以及输入到输入部110的指令频率、指令占空比，来输出激光束。
接下来，使用图5A以及图5B的流程和图4的流程，对实施方式1所涉及的激光控制装置100的动作进行说明。
激光控制装置100通过每隔一定时间重复实施图5A以及图5B所示的处理，由此进行连续的功率控制。另外，在以下的说明中，在刚输入指令功率之后，将激光加工头与工件的相对移动处于加速过程中激光控制部120所进行的控制称为“阈值1的功率控制”，将激光加工头与工件相对移动的速度从恒定开始进行减速时激光控制部120所进行的控制称为“阈值2的功率控制”，将激光加工头与工件的相对移动从减速转为加速之后激光控制部120所进行的控制称为“阈值3的功率控制”(图4)。
·步骤S101：输入部110从机器人或者CNC接受指令功率、指令频率、以及指令占空比的输入。
·步骤S102：如果是激光控制部120已经正在实施功率控制，则转入步骤S107。如果不是正在实施功率控制，则转入步骤S103。
·步骤S103：激光控制部120对输入到输入部110的指令功率是否是从0变化为正值(即输入了何种指令功率)且加速度是否是正值(即激光加工头与工件的相对移动处于加速中)进行判定。这里，可以通过对步骤S101读入的指令功率、与一周期前的指令功率进行比较，来判断指令功率是否是从0变化为正值。在判定结果是肯定时，转入步骤S104，在是否定时转入步骤S105。
·步骤S104：激光控制部120实施“阈值1的功率控制”。激光控制部120按照以下的数学式(1)来计算输出功率。
M＝MC×Σ△k1···(1)
这里，M是输出功率，MC是指令功率，△k1是预先定义的倍率。即，激光控制部120进行如下控制：直至激光加工头与工件的相对移动达到等速为止，每单位时间以△k1的比例将输出功率提升上去，在激光加工头与工件的相对速度达到等速时输出100％的指令功率MC。
·步骤S105：激光控制部120对输入到输入部110的指令功率是否是不为0的正值、且指令功率有没有变化、且加速度是否是负值(即激光加工头与工件的相对移动是减速中)进行判定。这里，可以通过对步骤S101读入的指令功率、与一周期前的指令功率进行比较来判断指令功率有没有变化。在判定结果是肯定时转入步骤S106，在是否定时转入步骤S112。
·步骤S106：激光控制部120实施“阈值2的功率控制”。激光控制部120按照以下的数学式(2)来计算输出功率。
M＝MC×(1-Σ△k2)···(2)
这里，M是输出功率，MC是指令功率，△k2是预先定义的倍率。即，激光控制部120进行如下控制：在激光加工头与工件的相对移动从等速运动转为减速时，由100％的指令功率MC每单位时间以△k2的比例减少输出功率。
·步骤S107：激光控制部120判定输入到输入部110的加速度是否是0(即激光加工头与工件的相对移动以等速进行运动)。在判定结果是肯定时转入步骤S108，在是否定时转入步骤S109。
·步骤S108：激光控制部120结束功率控制。
·步骤S109：激光控制部120判定加速度是否从负值转为正值(即激光加工头与工件的相对移动从减速转为加速)。这里，可以通过对步骤S101读入的指令功率、与一周期前的指令功率进行比较来判断指令功率是否从负值变化为正值。在判定结果是肯定时转入步骤S110，在是否定时转入步骤S111。
·步骤S110：激光控制部120实施“阈值3的功率控制”。激光控制部120按照以下的数学式(3)来计算输出功率。
M＝MC×(1-Σ△k2+Σ△k3)···(3)
这里，M是输出功率，MC是指令功率，△k2以及△k3是预先定义的倍率。即，激光控制部120进行如下控制：在激光加工头与工件的相对移动从减速转为加速时，由该时刻的输出功率M＝MC×(1-Σ△k2)每单位时间以△k3的比例增加输出功率。
·步骤S111：激光控制部120继续实施中的功率控制。
·步骤S112～S115：激光控制部120根据在步骤S101中输入到输入部110的指令频率、指令占空比，来计算激光束的接通/断开时间。激光控制部120对D/A转换部130输出功率、光束接通(ON)时间、光束断开(OFF)时间。D/A转换部130按照输入的功率、光束接通时间、光束断开时间来输出激光束。
根据本实施方式，激光控制装置100的激光控制部120根据激光加工头与工件相对移动的加速度来计算出适当的输出功率，并控制激光束的输出。更具体来说，激光控制部在激光加工头与工件的相对移动进行加速的期间，进行使输出功率渐增的控制。另一方面，在激光加工头与工件的相对移动进行减速的期间，进行使输出功率渐减的控制。因此，不需要在CNC侧生成考虑了激光加工头与工件相对移动的加减速的功率指令。通过将激光控制装置100组合到现有的激光加工机器等，能够实现考虑了激光加工头与工件相对移动的加减速的输出功率的控制。
接下来，使用图6和图5A以及图5B来对本发明的实施方式2所涉及的激光控制装置进行说明。
实施方式2所涉及的激光控制装置100具有如下特征：使用速度信息来代替实施方式1所使用的加速度信息。下面，以与实施方式1的不同点为中心来说明实施方式2的结构以及动作，对于与实施方式1共通的方面省略适当说明。
使用图6的框图，对本发明的实施方式2所涉及的激光控制装置100的结构进行说明。
输入部110除了功率、频率、占空比这样的指令之外，还接受速度信息的输入。典型地，由在激光加工头、或者装载工件的工作台上安装的速度传感器输出速度。
或者，也可以代替上述速度传感器，将CNC的插补处理部生成的速度信息输入到输入部110。虽然插补处理部实施基于速度指令的插补处理，但是此时能够生成、输出速度。
激光控制部120监视输入到输入部110的速度。并且，通过将对应于速度变化的系数乘以输入的指令功率，从而计算出激光的输出功率。
接下来，使用图5A以及图5B的流程，对实施方式2所涉及的激光控制装置100的动作进行说明。
在所述的实施方式1中，在步骤S103、S105、S107以及S109中，激光控制部120使用加速度信息来判断激光加工头与工件的相对移动是加速中、还是进行等速运动、或者是减速中。另一方面，在该实施方式2中，激光控制部120使用速度信息来判断激光加工头与工件的相对移动是加速中、还是进行等速运动、或者是减速中。
例如，激光控制部120可以通过对步骤S101读入的速度、与一周期前读入的速度进行比较，来判断激光加工头与工件的相对移动是加速中、还是进行等速运动、或者是减速中。
或者，激光控制部120也可以在步骤S101中，除了当前的激光加工头与工件的相对移动速度之外，还读入目标速度。该情况下，如果当前速度与目标速度一致(或者被收纳于一定的误差范围)，则可以判断为激光加工头与工件的相对移动进行等速运动。另一方面，如果当前速度背离目标速度，则可以判断为激光加工头与工件的相对移动处于加速中或者减速中。
即使在本实施方式中，激光控制装置100的激光控制部120仍可以根据激光加工头的加速度来计算适当的输出功率，并控制激光束的输出。另外，若与实施方式1进行比较，则在实施方式2中对加速、减速、等速的判定需要多余的处理。此外，在使用目标速度时，输入部110需要确保用于接受当前速度以及目标速度这两个数据的输入的变量。
另外，本发明并不局限于上述实施方式，可以在不脱离主旨的范围内进行适当变更。本发明在其发明的范围内可以进行实施方式的任意结构要素的变形、或者实施方式的任意结构要素的省略。

Claims (4)

1.一种激光控制装置，其根据指令功率的输入来输出激光束，该激光控制装置的特征在于，具有：
输入部，其接受所述指令功率、和激光加工头与工件的相对移动的加速度的输入；
激光控制部，其根据所述指令功率、和对应于所述加速度的系数来计算输出功率；以及
D/A转换部，其按照所述输出功率来输出所述激光束。
2.一种激光控制装置，其根据指令功率的输入来输出激光束，该激光控制装置的特征在于，具有：
输入部，其接受所述指令功率、和激光加工头与工件的相对移动速度的输入；
激光控制部，其根据所述指令功率、和对应于所述速度的变化的系数来计算输出功率；以及
D/A转换部，其按照所述输出功率来输出所述激光束。
3.根据权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，
所述激光控制部在所述激光加工头与工件的相对移动进行加速的期间，进行使所述输出功率渐增的控制。
4.根据权利要求1或2所述的激光控制装置，其特征在于，
所述激光控制部在所述激光加工头与工件的相对移动进行减速的期间，进行使所述输出功率渐减的控制。
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