CN110315201B - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种缩短了通信时间的激光加工装置。电源装置(120)向激光光源(110)供给电力。加工机(130)向加工对象物(OBJ)的目标位置(TP)照射来自激光光源(110)的光能。电源装置(120)具有可以变更的多个控制参数(PRM)，并且以与识别号(ID)建立对应关系的状态保持多个控制参数(PRM)的值的组。若电源装置(120)从加工机(130)接收到识别号(ID)，则电源装置(120)根据与识别号(ID)相对应的值的组进行动作。

Description

激光加工装置

本申请主张基于2018年3月29日申请的日本专利申请第2018-065398号的优先权。该日本申请的全部内容通过参考援用于本说明书中。

技术领域

本发明涉及一种激光加工装置。

背景技术

作为工业用加工工具，已广泛普及有激光加工装置。激光加工装置具备：激光光源；电源装置，向激光光源供给电力；及加工机，向加工对象照射激光光源所射出的光。并且，根据加工条件变更光输出或高频电源的参数(专利文献1～3)。

专利文献1：日本特开平5-347447号公报

专利文献2：日本特开2013-89788号公报

专利文献3：日本特开2017-131937号公报

电源装置的控制参数多种多样，为了实现更加精密的加工，增加可变更的控制参数的个数是有效的。另一方面，加工机在每次变更加工条件时需要向电源装置发送多个控制参数，因此，若控制参数的个数增加，则加工机与电源装置之间的通信量会增加。由于通信中需要中断加工，因此控制参数的个数的增加会引起生产率的下降。

发明内容

本发明是鉴于上状况而完成的，其一种实施方式的例示性目的之一在于提供一种缩短了通信时间的激光加工装置。

本发明的一种实施方式涉及一种激光加工装置。激光加工装置具备：激光光源；电源装置，向激光光源供给电力；加工机，向加工对象物的目标位置照射来自激光光源的光能。电源装置具有可以变更的多个控制参数，并且以与识别号建立对应关系的状态保持多个控制参数的值的组，若电源装置从加工机接收到识别号，则电源装置根据与识别号相对应的值的组进行动作。

另外，在方法、装置、系统等之间相互置换以上构成要件的任意组合或本发明的构成要件或表述的方式也作为本发明的方式而有效。

根据本发明的一种方式，能够缩短通信时间。

附图说明

图1是实施方式所涉及的激光加工装置的框图。

图2是表示多个控制参数与识别号PRM_ID之间的关系的图。

图3是表示激光加工装置的数据流的图。

图4是表示电源装置的具体结构例的框图。

图5是图4的激光加工装置的动作波形图。

图中：100-激光加工装置，110-激光光源，112-光脉冲，120-电源装置，122-整流器，124-充电电源，124a-转换器，124b-控制器，125-直流母线，126-高频电源，126a-逆变器，126b-控制器，127-整体控制部，128-控制部，130-加工机，132-工作台，134-光学系统，136-控制器，OBJ-加工对象物，TP-目标位置。

具体实施方式

(实施方式的概要)

本说明的一种实施方式涉及一种激光加工装置。激光加工装置具备：激光光源、电源装置，向激光光源供给电力；及加工机，向加工对象物的目标位置照射来自激光光源的光能。电源装置具有可以变更的多个控制参数，并且以与识别号建立对应关系的状态保持多个控制参数的值的组。若电源装置从加工机接收到识别号，则电源装置根据与识别号相对应的值的组进行动作。

根据该实施方式方式，通过从加工机向电源装置发送识别号即可变更多个控制参数。因此，与从加工机向电源装置发送各个控制参数的变更后的值的情况相比，能够大幅减少通信量。这有助于缩短加工中断时间，进而有助于提高生产率。

电源装置可以包括多个控制部，该多个控制部分别参考至少一个控制参数。加工机可以向多个控制部中的一个控制部发送识别号，识别号可以在多个控制部中依次传输。

若多个控制部中的最后一个控制部接收到识别号，则其可以将识别号发送给加工机。即，通过将来自加工机的数据回送到加工机，加工机能够验证识别号是否正常发送。

加工机可以在目标位置的移动中发送识别号。在目标位置的移动期间原本停止激光照射，因此，通过利用该期间发送识别号从而变更电源装置的控制参数，能够降低或消除变更参数带来的延迟。

电源装置可以包括：充电电源，将平滑电容器的电压保持在规定范围内；高频电源，接收在平滑电容器中产生的电压，并将其转换为高频信号后供给激光光源；及整体控制部，集中控制电源装置。多个控制参数中的至少一个可以被充电电源参考，它们中的其他至少一个可以被高频电源参考，它们中的又一其他至少一个可以被整体控制部参考。

多个控制参数可以包含平滑电容器的电压目标值。多个控制参数可以包含高频电源的激励时间长度的校正量。多个控制参数可以包含充电电源的反馈控制器的参数。

多个控制参数的值的组可以在激光加工装置开始进行动作之前从加工机发送到电源装置。

(实施方式)

以下，参考附图对本发明的优选实施方式进行说明。在各附图中，对相同或同等的构成要件、部件及处理标注相同的符号，并适当省略重复说明。并且，实施方式仅为示例，其并不限定发明，在实施方式中记载的所有特征或其组合并非一定是本发明的本质。

图1是实施方式所涉及的激光加工装置100的框图。激光加工装置100具备激光光源110、电源装置120及加工机130。激光光源110例如为CO₂激光器。电源装置120向激光光源110供给电力使激光光源110间歇地产生光脉冲112。加工机130接收来自激光光源110的光脉冲112并将其照射到加工对象物OBJ的目标位置TP。例如，加工机130可以包括工作台132、光学系统134及控制器136。光学系统134接收来自激光光源110的光脉冲112，并调节光束的尺寸、光束分布以使其聚光于目标位置TP。工作台132通过使加工对象物OBJ移动来控制目标位置TP。另外，也可以固定加工对象物OBJ而改变激光的照射位置，总而言之，只要能够控制加工对象物OBJ与激光的相对位置即可。

加工条件(配方/recipe)由用户准备。控制器136根据配方控制工作台132以使其移动目标位置TP，并且在各目标位置TP上向电源装置120发送发光指示(激励信号)S1。电源装置120响应发光指示S1而使激光光源110产生光脉冲112。

电源装置120具有可以变更的多个控制参数PRM₁～PRM_N。在电源装置120中，以与识别号PRM_ID建立对应关系的状态保持有多个控制参数PRM₁、PRM₂…、PRM_N的值的组。图2是表示多个控制参数与识别号PRM_ID之间的关系的图。在该例子中，控制参数的个数N＝4，识别号PRM_ID可以从ID(1)～ID(5)这五个中选择。例如，当ID(2)时，作为控制参数PRM₁～PRM₄的值，使用a₂、b₂、c₂、d₂的组。图2的关系存储于电源装置120的存储器(查找表)中。

针对每个识别号PRM_ID的多个控制参数PRM₁～PRM_N值的组可以在激光加工装置100开始动作之前从加工机130发送到电源装置120。

返回到图1。加工机130的控制器136根据加工条件向电源装置120发送包含识别号PRM_ID的数据S2。电源装置120若接收到识别号PRM_ID，则将其内部的多个控制参数PRM变更为与识别号PRM_ID相对应的值的组，并且根据变更后的控制参数PRM进行动作。

控制器136除了可以发送包含识别号PRM_ID的数据S2之外，还可以发送表示允许或禁止变更参数的控制信号EN。控制器136在控制信号EN显示允许变更时(例如，高电平)，实施基于所接收的识别号PRM_ID的设定变更。

图3是表示激光加工装置100的数据流的图。电源装置120包括多个控制部128_1～128_N。各控制部128_i(i＝1、2、……N)在进行动作时参考多个控制参数PRM中的至少一个控制参数来控制对应的控制对象129_i(i＝1、2、……N)。

加工机130的控制器136向多个控制部128_1～128_N中的一个控制部(128_1)发送识别号PRM_ID。识别号PRM_ID依次传输到多个控制部128_1～128_N。若多个控制部128_1～128_N中的最后一个控制部(128_N)接收到识别号PRM_ID，则其将该识别号PRM_ID返送到加工机130。即，识别号PRM_ID在加工机130与电源装置120之间循环。加工机130可以根据返回的识别号PRM_ID是否与自身所发送的原识别号PRM_ID一致来确认识别号PRM_ID是否准确地传输到电源装置120的所有控制部128。若不一致，则加工机130可以重新发送识别号PRM_ID。

控制部128_i(i＝1、2、……N)可以在从前一级接收识别号PRM_ID并在结束对分配到自身的控制参数PRM中的至少一个的变更之后向后一级的控制部128_i+1发送识别号PRM_ID。此时，在识别号PRM_ID回送到控制器136的时刻即可保证所有控制部128的控制参数的变更结束。

图4是表示电源装置120的具体结构例的框图。电源装置120具备整流器122、充电电源124、高频电源126及整体控制部127。整流器122对交流电压V_AC进行整流。充电电源124接收整流后的电压V_RECT，并将在直流母线125上产生的直流母线电压V_DC维持在规定的电压范围内。在直流母线125连接有直流母线电容器(平滑电容器)C₁。更详细而言，充电电源124包括转换器124a及其控制器124b。在激光光源110的点亮期间，若高频电源126进行开关动作，则平滑电容器C₁的电荷被释放，导致直流母线电压V_DC下降。充电电源124向平滑电容器C₁补充激光光源110每照射一次可能会从平滑电容器C₁损失的电荷量。例如，控制器124b控制转换器124a，以使推定应补充的电荷量并将该电荷量供给到平滑电容器C₁。

高频电源126将直流母线电压V_DC转换为交流驱动电压V_DRV，并将其供给激光光源110。高频电源126包括逆变器126a及控制器126b。控制器126b将来自加工机130的激励信号S1作为触发信号而使逆变器126a在激励宽度τ(时间)期间进行开关动作。由此，驱动电压V_DRV成为间歇的交流电压，激光光源110产生脉冲光。

整体控制部127例如为PLC(Programmable Logic Controller/可编程逻辑控制器)，其具备定序器或状态机的功能，从而集中控制电源装置120。另外，也可以由CPU(Central Processing Unit/中央处理器)和软件程序的组合来实现整体控制部127。

控制器126b、控制器124b及整体控制部127对应于图3的控制部128_1～128_3。即，来自加工机130的识别号PRM_ID经由控制器126b、控制器124b及整体控制部127后回送到加工机130。

多个控制参数PRM₁～PRM_N中的至少一个控制参数被充电电源124参考。并且，多个控制参数PRM₁～PRM_N中的其他至少一个(即，除了被充电电源124参考的控制参数以外的控制参数中的至少一个)控制参数被高频电源126参考。并且，多个控制参数PRM₁～PRM_N中的又一其他至少一个(即，除了被充电电源124及高频电源126参考的控制参数以外的控制参数中的至少一个)控制参数被整体控制部127参考。

例如，高频电源126参考用于确定(或校正)高频电源126的激励宽度τ(即，激光的一次照射长度)的控制参数PRM₁。若识别号PRM_ID发生变更，则高频电源126的控制器126b将控制参数PRM₁的值变更为与变更后的识别号PRM_ID相对应的值a。

例如，充电电源124的控制器124b包括根据PID控制(或PI控制)来反馈控制充电电荷量(换言之，控制器124b的开关元件的导通时间)的PID控制器。该PID控制器的增益(P增益、I增益、D增益中的至少一个)由控制参数PRM₂来确定。若识别号PRM_ID发生变更，则充电电源124的控制器124b将控制参数PRM₂的值变更为与变更后的识别号PRM_ID相对应的值b。

例如，整体控制部127参考用于确定直流母线电压V_DC的目标电压(或其范围)的控制参数PRM₃。整体控制部127将控制参数PRM₃的值转换为模拟基准电压V_REF并将其供给充电电源124。充电电源124使直流母线电压V_DC稳定在与基准电压V_REF相对应的目标电压范围内。

图5是图4的激光加工装置100的动作波形图。

例如，在加工期间t₀～t₁，作为识别号PRM_ID赋予了第1值ID(1)。在加工期间t₀～t₁，加工机130反复激活激励信号S1。电源装置120响应激励信号S1的激活而生成脉冲状的激光输出。激光的脉冲宽度τ的校正量(激励时间τ的校正量)成为与ID(1)相对应的控制参数PRM₁的值a₁＝0μs。该校正量a₁相加到激励信号S1的宽度而成为激光输出宽度。若激励信号S1的脉冲宽度为15μs、校正量a₁为0μs，则实际激光输出宽度成为15μs。

并且，充电电源124的控制增益的值P设定为与ID(1)相对应的控制参数PRM₂的值b₁＝10。直流母线电压的目标值(V_REF)设定为与ID(1)相对应的控制参数PRM₃的值c₁＝400V。

在期间t₁～t₂，激光的照射位置移动。在该期间，激励信号S1固定为低电平，激光光源110不发光。在期间t₁～t₂，加工机130将EN信号设为高电平，并发送变更后的识别号PRM_ID(2)。新的识别号PRM_ID(2)输入到高频电源126，控制参数PRM₁的值(即，激励宽度τ的校正量)变更为与识别号PRM_ID(2)相对应的值a₂(＝0.1μs)。由此，激光输出宽度成为15.1μs。

识别号PRM_ID(2)从高频电源126传输到充电电源124，控制参数PRM₂的值(即，控制增益P)变更为与识别号PRM_ID(2)相对应的值b₂(＝50)。而且，识别号PRM_ID(2)从充电电源124传输到整体控制部127，控制参数PRM₃的值(即，直流母线电压V_DC的目标值)变更为与识别号PRM_ID(2)相对应的值c₂(＝430V)。

以上为激光加工装置100的动作。根据该激光加工装置100，通过从加工机130向电源装置120发送识别号ID，能够成批变更电源装置120的多个控制参数。即，与从加工机130向电源装置120一个一个地发送各个控制参数PRM的变更后的值的情况相比，能够大幅减少通信量。这有助于缩短加工中断时间，进而有助于提高生产率。

并且，通过导入回送机制，加工机130能够判定电源装置120的参数是否正常被改写。通过以回送的结果为改写正常结束为条件生成发光指示(激励信号)S1，因此能够防止电源装置120在错误的加工条件(参数的组)下进行动作。

并且，通过利用钻头移动期间变更控制参数，能够降低控制参数的变更带来的延迟，或者能够消除延迟。

以上，根据实施方式并使用具体语句对本发明进行了说明，但是，实施方式仅表示本发明的原理、应用的一个方面，在实施方式中，在不脱离技术方案中规定的本发明的思想的范围内，可以允许多个变形例或配置的变更。

Claims (9)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光光源；

电源装置，向所述激光光源供给电力；及

加工机，向加工对象物的目标位置照射来自所述激光光源的光能，

所述电源装置具有可以变更的多个控制参数，并且以与识别号建立对应关系的状态保持所述多个控制参数的值的组，

若所述电源装置从所述加工机接收到所述识别号，则所述电源装置根据与所述识别号相对应的值的组进行动作，

所述电源装置包括多个控制部，所述多个控制部分别具有至少一个所述控制参数，

所述加工机向所述多个控制部中的一个控制部发送所述识别号，

所述识别号在所述多个控制部中依次传输。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

若所述多个控制部中的最后一个控制部接收到所述识别号，则其将所述识别号发送给所述加工机。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述加工机在所述目标位置的移动中发送所述识别号。

4.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述电源装置包括：

充电电源，将平滑电容器的电压保持在规定范围内；

高频电源，接收所述平滑电容器中产生的电压，并将其转换为高频信号后供给所述激光光源；及

整体控制部，集中控制所述电源装置，

所述多个控制参数中的至少一个控制参数被所述充电电源参考，它们中的其他至少一个控制参数被所述高频电源参考，它们中的又一其他至少一个控制参数被所述整体控制部参考。

5.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，

所述多个控制参数包含所述高频电源的激励时间长度的校正量。

6.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述多个控制参数的值的组在所述激光加工装置开始进行动作之前从所述加工机发送到所述电源装置。

7.一种激光加工装置，其特征在于，具备：

激光光源；

电源装置，向所述激光光源供给电力；及

加工机，向加工对象物的目标位置照射来自所述激光光源的光能，

所述电源装置具有可以变更的多个控制参数，并且以与识别号建立对应关系的状态保持所述多个控制参数的值的组，

若所述电源装置从所述加工机接收到所述识别号，则所述电源装置根据与所述识别号相对应的值的组进行动作，

所述电源装置包括多个控制部，所述多个控制部分别具有至少一个所述控制参数，

所述加工机向所述多个控制部中的一个控制部发送所述识别号，

所述识别号在所述多个控制部中依次传输，

所述电源装置包括：

充电电源，将平滑电容器的电压保持在规定范围内；

高频电源，接收所述平滑电容器中产生的电压，并将其转换为高频信号后供给所述激光光源；及

整体控制部，集中控制所述电源装置，

所述多个控制参数中的至少一个控制参数被所述充电电源参考，它们中的其他至少一个控制参数被所述高频电源参考，它们中的又一其他至少一个控制参数被所述整体控制部参考，

所述多个控制参数包含被所述充电电源参考的所述平滑电容器的电压的目标值及所述充电电源的反馈控制器的参数。

8.根据权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，

所述多个控制参数包含所述高频电源的激励时间长度的校正量。

9.根据权利要求7或8所述的激光加工装置，其特征在于，

所述多个控制参数的值的组在所述激光加工装置开始进行动作之前从所述加工机发送到所述电源装置。

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