CN111198538B - 加工条件设定装置和三维激光加工系统 - Google Patents

加工条件设定装置和三维激光加工系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111198538B
CN111198538B CN201911032722.4A CN201911032722A CN111198538B CN 111198538 B CN111198538 B CN 111198538B CN 201911032722 A CN201911032722 A CN 201911032722A CN 111198538 B CN111198538 B CN 111198538B
Authority
CN
China
Prior art keywords
processing
laser
laser processing
unit
workpiece
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911032722.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111198538A (zh
Inventor
望月树也
泷川宏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
Publication of CN111198538A publication Critical patent/CN111198538A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111198538B publication Critical patent/CN111198538B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • B23K26/705—Beam measuring device
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/062—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by direct control of the laser beam
    • B23K26/0626—Energy control of the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B23K26/0869—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction
    • B23K26/0876—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions
    • B23K26/0884—Devices involving movement of the laser head in at least one axial direction in at least two axial directions in at least in three axial directions, e.g. manipulators, robots
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1656—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators
    • B25J9/1671—Programme controls characterised by programming, planning systems for manipulators characterised by simulation, either to verify existing program or to create and verify new program, CAD/CAM oriented, graphic oriented programming systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/0265—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric the criterion being a learning criterion
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/042—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators in which a parameter or coefficient is automatically adjusted to optimise the performance
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/35—Nc in input of data, input till input file format
    • G05B2219/35134—3-D cad-cam
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/40—Robotics, robotics mapping to robotics vision
    • G05B2219/40318—Simulation of reaction force and moment, force simulation
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/45—Nc applications
    • G05B2219/45165—Laser machining
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)
  • Numerical Control (AREA)

Abstract

提供能够设定最佳的激光加工条件的加工条件设定装置和三维激光加工系统，所述激光加工条件考虑了加工头的移动条件、工件表面上的加工点的移动速度的变化和伴随加工点的热特性条件的变化而变化的加工条件的变化。加工条件设定装置具备：移动状态模拟部，使用包括材质信息的工件的三维CAD数据和加工头的三维CAD数据，在加工头在虚拟空间内沿着加工线以保持着规定角度和规定距离的状态相对于工件相对移动的条件下，模拟加工头的移动状态；热流体模拟部，实施求出因加工头的移动而变化的包括工件的区域的温度分布的非稳定热流体模拟；加工条件设定部，基于这些结果在激光加工前设定包括加工头的相对移动条件和激光输出条件的激光加工条件。

Description

加工条件设定装置和三维激光加工系统
技术领域
本发明涉及一种加工条件设定装置和三维激光加工系统。详细地说，涉及一种在用于对具备三维形状的被加工对象物(工件)进行焊接、切割等加工的激光加工系统中在激光加工前设定激光加工条件的加工条件设定装置以及基于所设定的激光加工条件进行激光加工的三维激光加工系统，所述激光加工条件包括加工头相对于工件的相对移动条件以及与加工头相对于工件的相对移动连动的至少激光输出条件。
背景技术
在对具备三维形状的工件进行激光加工的情况下，需要使例如由机械手把持着的加工头的前端与工件的加工表面保持规定的距离(间隙)，并且改变加工头的姿势，将加工头的轴保持为规定的角度。在进行这样的激光加工的情况下，起初采用在实际地移动加工头的同时进行示教等方法，但条件设定需要非常多的工时。因此，也通过利用工件、激光加工机的CAD数据进行动作模拟来设定动作程序。
但是，在对具备三维形状的工件进行激光加工的情况下，包括加工头的姿势变化在内，加工头相对于工件的相对移动速度以各种方式变化，工件的加工表面上的加工点的移动速度也以各种方式变化。很明显地，如果工件的加工表面上的加工点的移动速度变化，则激光输出等必须连动地变化才能够得到恰当的加工结果。并且，在具备三维形状的工件中，根据加工点不同，工件的壁厚等也变化。即，在工件的壁厚厚的部分，由于工件自身的导热使得通过激光照射而输入的热扩散来进行散热，因此加工点的温度容易下降等这样的热特性条件也对激光加工结果产生影响。因此，考虑加工头相对于工件的相对移动条件以及工件的壁厚、工件的导热率等热特性条件地来求出包括激光输出的恰当的激光加工条件并不容易。在该情况下，需要在进行多次试加工来累积加工数据后进行正式加工，具有尤其是无法对少量多品种的工件高效地进行激光加工的问题。
自以往以来，关于与对具备三维形状的工件进行激光加工的三维激光加工系统相关的技术，已经报告有各种技术。
例如，在专利文献1中公开了一种三维激光加工机的法线检测方法，其特征在于，在三维激光加工机设置有间隙控制单元，该间隙控制单元在通过X、Y、Z轴的直角坐标系和α、β轴的姿势轴控制的加工头的前端以能够沿光轴方向自如移动的方式设置喷嘴，所述间隙控制单元利用检测该喷嘴前端与工件之间的间隙量的间隙传感器来控制喷嘴的移动量，使得将上述间隙量保持为固定，在所述三维激光加工机中，将加工头的喷嘴前端定位为相对于工件表面的示教点朝向大致法线方向，基于此时的X、Y、Z的坐标数据和α、β的姿势数据来计算包围上述示教点的示教点附近的3点，使加工头依次移动至该3点，在将此时的喷嘴与工件之间的距离保持为固定的位置检测示教点附近的工件表面中的3点的坐标，求出针对由该3点形成的平面的法向量，以使喷嘴姿势与该法向量一致的方式运算加工头的姿势数据，基于该姿势数据在上述示教点对加工头进行姿势控制。
在专利文献2中公开了一种YAG激光加工机的示教方法，其特征在于，在利用能够在三维方向上相对地移动自如且能够呈期望的焊接姿势的激光加工头对工件进行三维激光加工之前进行该YAG激光加工机的示教方法，在所述YAG激光加工机的示教方法(teaching method)中，利用设置于所述激光加工头的摄像单元至少从X轴、Y轴、Z轴方向拍摄所述工件，制作所述工件的三维图形，向该三维图形中输入大致的示教点和焊接姿势，根据所述三维图形和所述焊接姿势制作主任务(JOB)，通过所述各示教点的详细数据来制作用于校正所述主任务的校正任务。
在专利文献3中公开了一种三维激光加工机用示教方法，其特征在于，该三维激光加工机呈以下的结构：将能够向彼此正交的X、Y、Z轴方向移动的设置于Z轴柱的检测头设置为能够绕与Z轴平行的A轴旋转自如且绕与该A轴正交的B轴旋转自如，上述检测头具备接收穿过该检测头的轴心并照射向工件的激光的反射光的多个光位置检测器，所述多个光位置检测器以对称配置关系配置于受光平面，在所述三维激光加工机的示教方法中，通过来自CAD数据的X轴、Y轴数据来指定X轴、Y轴的示教点，使所述检测头移动至该示教点，并且利用所述多个光位置检测器来检测在该示教点穿过所述检测头的轴心且照射向工件的激光的反射光，基于该多个光位置检测器的检测值来运算工件与检测头之间的距离、检测头相对于工件的表面的倾斜度，以上述距离和倾斜度分别成为预先设定的最佳设定值的方式来控制所述检测头的姿势并运算Z、A、B轴的各坐标数据，基于示教点的X轴、Y轴数据和运算出的Z、A、B轴数据来生成加工轨迹的加工程序。
在专利文献4中公开了一种三维激光加工机的离线示教方法，其特征在于，用于具备以下单元的系统中：三维激光加工机；CAD系统，其累积与操作对象物体对应的数据，并且显示于图形显示器上，并且通过制作成的动作程序来进行上述三维激光加工机和操作对象物体的动作的模拟；将通过上述CAD系统制作成的动作程序转换为按照期望的NC语言的语法的程序的单元；以及对上述CAD系统上的操作对象物体的位置/姿势数据与实际的操作对象物体的位置、姿势之间的偏离进行校正的单元，在所述三维激光加工机的离线示教方法中，基于上述CAD系统上的操作对象物体信息来制作使激光的焦点圆滑地移动的圆弧动作数据。
在专利文献5中公开了一种钣金加工集成辅助系统，其不是三维激光加工系统而是钣金加工集成辅助系统，所述钣金加工集成辅助系统的特征在于，进行包括针对机床的控制用数据即加工信息和与该加工信息有关的加工辅助信息的钣金加工信息的管理，在所述钣金加工集成辅助系统中，收集加工侧的实际加工时的实际加工信息和/或作为该实际加工信息的基础的固有属性信息，将收集到的所述实际加工信息和所述固有属性信息反馈至所述钣金加工信息。
在专利文献6中公开了一种激光加工方法，其特征在于，沿着机器人的运动照射激光，实施三维形状的工件的加工，在所述激光加工方法中，事先或实时地测量所述工件的加工部位处的所述机器人的轨迹速度，根据所述轨迹速度来控制激光的输出。另外，在此还公开了一种树脂制构造体的制造方法来作为具体的控制激光的输出的方法，所述树脂制构造体是通过沿着设定于所述树脂制构造体的表面的照射轨迹来照射激光、使树脂制构造体局部地熔融之后再次固化而成的，在所述树脂制构造体的制造方法中，与沿着照射轨迹的所述激光的轨迹速度相应地成比例地控制所述激光的输出。
专利文献1：日本特开平8-300171号公报
专利文献2：日本特开2000-117466号公报
专利文献3：日本特开平2-104490号公报
专利文献4：日本特开平5-80831号公报
专利文献5：日本特开2001-219341号公报
专利文献6：日本特开2005-329436号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，专利文献1～6所记载的技术具有以下的问题。
即，在专利文献1所记载的技术中，如将加工头的喷嘴前端定位为相对于工件表面的示教点朝向大致法线方向等实际地使加工头移动，来进行示教。因此，具有示教需要非常多的工时的问题。
在专利文献2所记载的技术中，利用由摄像单元拍摄到的工件的三维图形来制作主任务。但是，由于通过各示教点的详细数据来对主任务进行校正，仍然存在示教需要相当多的工时这个问题。
在专利文献3所记载的技术中，使用CAD数据，但只是用于示教点的指定中。在该技术中，使检测头移动至该示教点，利用多个光位置检测器来检测穿过检测头的轴心并照射向工件的激光的反射光，运算工件与检测头的距离、检测头相对于工件表面的倾斜度来生成加工轨迹的加工程序。因此，也还是留下示教需要相当多的工时这个问题。
在专利文献4所记载的技术中，通过CAD系统进行三维激光加工机和操作对象物体的动作的模拟，还进行CAD系统上的操作对象物体的位置/姿势数据与实际的操作对象物体的位置、姿势之间的偏离的校正。根据该技术，可以认为能够缩短示教所需的时间，但没有进行热流体模拟等，要恰当地设定激光输出等需要进行试错。因此，依然留有激光加工条件整体的设定需要工时这个问题。
专利文献5所记载的技术提及一种加工模拟。但是，在该技术中，以弯曲加工为主的钣金加工为对象，在被记述为预加工的激光加工中，也没有根据加工点不同而工件的厚度等变化使得散热特性变化这个问题，因此也没有在加工模拟中提及热流体模拟。因此，专利文献5没有公开针对在三维激光加工系统中会成为问题的、在考虑加工头相对于工件的相对移动条件和工件的壁厚等热特性条件地求出包括激光输出的恰当的激光加工条件并不容易这个前述的课题的解决对策。
在专利文献6所记载的技术中，如前述的那样，需要考虑工件的壁厚等热特性条件地设定激光输出，只通过与激光的轨迹速度相应地成比例地控制所述激光的输出不足以得到恰当的加工结果。
如以上的那样，在针对三维形状的工件的焊接、切割等三维激光加工中，在能够进行恰当的激光加工的条件范围内，为了缩短加工时间，期望选择使工件的加工面中的激光的照射点即加工点尽可能高速地移动的这个条件，另一方面，需要改变加工头相对于工件的加工面的移动姿势、移动方向。在突然地改变加工头的移动姿势、移动方向的情况下，使加工头的移动速度减速是不可或缺的，因此工件的加工面中的加工点的移动速度也不固定，不得不改变。当工件的加工面中的加工点的移动速度变化时，用于得到良好的加工结果的激光输出等也改变。并且，当工件的壁厚改变时，由于工件自身的导热的不同等，即使以相同的激光功率照射加工点，加工点的温度也会变化，因此用于得到良好的加工结果的激光输出等也会改变。
还可以考虑通过间隙传感器来检测工件表面与加工头的相对位置关系，反馈检测结果，来控制工件表面与加工头的距离、加工头相对于工件表面的姿势，或者通过红外传感器等检测加工点的温度，反馈检测结果，来控制激光输出。但是，在工件的加工面上的加工点的移动速度快并且移动速度发生变化的情况下，产生如下的问题：若是通常的反馈控制，则产生控制的延迟，不能够得到良好的加工结果。
因此，本发明的课题是鉴于以上这样的状况，提供一种能够设定包括激光输出条件在内的最佳的激光加工条件的加工条件设定装置和三维激光加工系统，所述激光加工条件考虑了在相对于具备三维形状的工件的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件相对地移动的加工头的移动条件、伴随加工头的移动中的速度变化的工件表面上的加工点的移动速度的变化以及随着工件的壁厚等伴随加工点的移动的加工点的热特性条件的变化而变化的用于得到良好的加工结果的加工条件的变化。
用于解决问题的方案
本发明实施加工头移动模拟和非稳定热流体模拟，基于两模拟的结果，在实际的激光加工前预先设定时间序列的一系列的激光加工条件，在加工头移动模拟中，使用定义有导热率、比热以及密度等热物理性质的工件的三维CAD数据和加工头的外形的三维CAD数据，使加工头沿着通过工件的三维CAD数据所设定的加工线在相对于工件的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件相对地移动，在非稳定热流体模拟中，计算与加工头的移动连动的、包括工件的区域的温度分布的变化。
即，本发明为了解决上述课题而具有以下的手段。
(1)本发明所涉及的加工条件设定装置(例如后述的加工条件设定装置4)具备：移动状态模拟部(例如后述的移动状态模拟部16)，其使用包括材质信息的工件(例如后述的工件8)的三维CAD数据以及至少包括加工头(例如后述的加工头9)的外形形状和从所述加工头射出的激光的光轴相对于所述加工头的所述外形形状的相对位置的信息的所述加工头的三维CAD数据，将在虚拟空间内由所述工件的所述三维CAD数据定义的所述工件的加工表面与所述加工头的所述光轴的交点作为加工点，在所述加工头在所述虚拟空间内沿着加工线以所述加工头的所述光轴相对于穿过所述加工点的垂直于所述加工表面的法线及所述加工线保持规定的角度且所述加工头的激光射出侧端面与所述加工点之间的距离保持规定的距离的状态相对于所述工件相对地移动的条件下，对至少包括所述加工头相对于所述工件的相对位置、相对移动速度的时间变化的状态在内的所述加工头的移动状态进行模拟，其中，所述材质信息中定义有至少包括导热率、比热以及密度的热物理性质，所述加工线是被设定为所述加工头相对于所述工件相对地移动时的所述加工点的轨迹的加工线；热流体模拟部(例如后述的热流体模拟部17)，其实施非稳定热流体模拟，所述非稳定热流体模拟用于求出根据射出激光的所述加工头的移动而变化的、至少包括所述工件的一部分的区域的温度分布；以及加工条件设定部(例如后述的加工条件设定部18)，其基于由所述移动状态模拟部和所述热流体模拟部得到的模拟结果，在实际的激光加工前预先设定至少包括所述加工头的相对移动条件和激光输出条件的激光加工条件。
根据上述(1)所记载的结构，能够提供一种能够设定包括激光输出条件在内的最佳的激光加工条件的加工条件设定装置，所述激光加工条件考虑了在相对于具备三维形状的工件的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件相对地移动的加工头的移动条件、伴随加工头的移动中的速度变化的工件表面上的加工点的移动速度的变化以及随着工件的壁厚等伴随加工点的移动的加工点的热特性条件的变化而变化的用于得到良好的加工结果的加工条件的变化。即，能够基于包括定义有物理性质的材质信息的CAD数据自动地预先设定包括加工头的位置、姿势的速度变化在内的加工头移动条件以及包括激光输出条件在内的激光加工条件这两方，能够防止由于反馈控制这样的控制延迟而引起的加工不良的产生。需要改变激光输出条件等地反复进行非稳定热流体模拟，以成为作为目标的非稳定热流体模拟结果，非稳定热流体模拟通常需要时间，但由于能够不经由人地自动预先进行该非稳定热流体模拟，因此不产生工时。
(2)本发明所涉及的三维激光加工系统(例如后述的三维激光加工系统1、100、200、300、400、500)具备：(1)所记载的加工条件设定装置(例如后述的加工条件设定装置4)；驱动装置(例如后述的驱动装置3)，其接收来自激光装置(例如后述的激光装置2)的控制部的控制信号，使所述加工头相对于所述工件相对地移动；以及所述激光装置，其具有：至少一个激光振荡器(例如后述的激光振荡器5)；电源部(例如后述的电源部6)，其向所述激光振荡器供给用于激光振荡的电力；激光光学系统(例如后述的激光光学系统10)，其用于使从所述激光振荡器射出来的激光传播至所述加工头；至少一个光检测单元(例如后述的光检测单元11)，其能够检测在所述激光光学系统中传输的来自所述激光振荡器的激光输出光和在所述激光光学系统中向与所述激光输出光相反的方向传输的返回光中的至少一方的光；以及所述控制部(例如后述的控制部12)，其至少接收来自所述加工条件设定部和所述光检测单元的输出信号，并输出至少包括针对所述电源部的电力输出指令的控制信号。
根据上述(2)所记载的结构，能够提供一种能够设定包括激光输出条件在内的最佳的激光加工条件的三维激光加工系统，所述激光加工条件考虑了在相对于具备三维形状的工件的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件相对地移动的加工头的移动条件、伴随加工头的移动中的速度变化的工件表面上的加工点的移动速度的变化以及随着工件的壁厚等伴随加工点的移动的加工点的热特性条件的变化而变化的用于得到良好的加工结果的加工条件的变化。即，能够基于包括定义有物理性质的材质信息的CAD数据，自动地预先设定包括加工头的位置、姿势的速度变化在内的加工头移动条件以及包括激光输出条件在内的激光加工条件这两方，能够防止由于反馈控制这样的控制延迟而引起的加工不良的产生。需要改变激光输出条件等地反复进行非稳定热流体模拟，以成为作为目标的非稳定热流体模拟结果，非稳定热流体模拟通常需要时间，但由于能够不经由人地自动预先进行该非稳定热流体模拟，因此不产生工时。
(3)在(2)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，具备至少一个能够检测所述返回光的所述光检测单元，在所述控制部根据由所述光检测单元检测出的所述返回光的检测结果而判定为需要抑制所述返回光的光量的情况下，从所述控制部向所述电源部和所述驱动装置输出所述控制信号，使得至少暂时地变更由所述加工条件设定部预先设定的激光加工条件，变更所述激光输出条件和所述加工头相对于所述工件的所述相对移动速度这两方的激光加工条件，来满足所述加工点的温度或所述加工点的附近的所述工件的温度能够维持为接近目标温度的温度的条件。
根据上述(3)所记载的结构，例如通过在降低激光输出的同时也降低加工头的相对移动速度等方法来将加工点的温度、加工点的附近的工件的温度维持为接近目标温度的温度，由此能够防止由于返回光引起的激光光学系统、激光振荡器的损伤，并且能够降低加工不良的产生概率。
(4)在(2)或(3)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备测距单元(例如后述的测距单元25)，所述测距单元能够测量所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离，所述控制部具有如下的功能：在实际地进行激光加工时，基于由所述测距单元得到的测量结果，来对基于所述加工头移动模拟的结果预先设定的所述激光加工条件中的至少所述加工头的所述相对移动条件进行校正。
根据上述(4)所记载的结构，在以预先设定的加工头的移动条件实际地进行激光加工的情况下，能够校正由于工件的三维CAD数据与实际的工件之间的形状、位置的些微的差异而产生的、加工头的激光射出侧端面与加工点之间的距离相对于规定的距离的偏离，所述些微的差异是由于工件的形状精度、工件的保持精度、以及工件的热变形等引起的。由于是些微的差异的校正，因此不易产生由于校正延迟引起的加工不良。
(5)在(2)～(4)中的任一项所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备温度检测单元(例如后述的温度检测单元26)，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，所述控制部具有如下的功能：当在以由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生温度差的情况下，所述控制部根据所述温度差来对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置而预测出的温度，所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
根据上述(5)所记载的结构，在由于非稳定热流体模拟的误差等，在预先设定出的激光加工条件下加工点、加工点的附近的温度偏离了目标温度的情况下，能够减小温度的偏离，使激光加工质量稳定。
(6)在(2)～(4)中的任一项所记载的三维激光加工系统中，也可以是，所述热流体模拟部将来自所述加工头的激光对所述工件的照射效果设为仅存在通过向所述工件的热量输入引起的所述工件的温度上升，基于所述工件不发生相变这个假设，来实施所述非稳定热流体模拟。
根据上述(6)所记载的结构，在激光加工时，在工件的加工点处，工件的温度上升，工件从固体相变为液体、气体或相当于进一步电离而成的气体的等离子体，但考虑了熔融部处的液相的流动、等离子体的产生等的严格的非稳定热流体模拟的计算负荷非常大，因此通过置换为假设工件不发生相变的非稳定热流体模拟，能够比较容易地得到模拟结果。
(7)在(6)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，所述加工条件设定装置对所述加工线中的至少一部分的加工区间设定如下的激光加工条件：无论所述加工头相对于所述工件相对地移动的所述相对移动速度如何，均能够得到所述加工点的温度和所述加工点的附近的温度中的至少一方的温度成为规定温度这个模拟结果。
根据上述(7)所记载的结构，即使在工件的表面呈直角弯曲、对其外侧的面进行激光加工的情况等改变加工头的姿势的期间加工点不移动这样的情况下，也能够设定用于控制激光输出的激光加工条件，以使加工点、加工点附近的温度不过于上升。另外，针对厚度等变化的工件也能够控制为加工点、加工点附近的温度固定。此外，通过不是将在激光加工中实际地发生相变的加工点而是将维持固体的状态的加工点的附近的温度设为激光加工条件设定的指标，能够减小由于忽略相变而引起的非稳定热流体模拟的误差。
(8)在(7)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，在所述热流体模拟部中记录有相关数据，所述相关数据表示由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的所述加工点或所述加工点的附近的温度与在以所述激光加工条件实际地进行激光加工时测量出的对应的位置的温度的相关性，所述热流体模拟部参照所述相关数据，针对在实际的激光加工中作为目标的所述规定温度，决定在所述非稳定热流体模拟中作为目标的置换规定温度，来实施所述非稳定热流体模拟。
根据上述(8)所记载的结构，在近似为工件不发生相变的非稳定热流体模拟中，无法避免通过模拟计算出的加工点或加工点的附近的温度与实际的激光加工中的对应的温度产生某种程度的偏离。但是，通过利用收集到的相关数据，对作为目标的加工点或加工点的附近的温度进行校正来进行非稳定热流体模拟，能够在实际的激光加工中，使加工点或加工点的附近的温度接近作为目标的温度。
(9)在(7)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，所述加工条件设定装置还具备加工条件记录部(例如后述的加工条件记录部24)，在所述加工条件记录部中，按激光加工的每个种类，记录有针对至少包括板状工件的材质和厚度的工件条件而言实质上最佳的既得最佳激光加工条件，所述既得最佳激光加工条件至少包括激光输出、加工点相对于所述板状工件的所述相对移动速度以及所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离来作为激光加工条件，关于对所述工件设定的所述加工线中的所述加工线为直线状并且沿着所述加工线的所述工件的壁厚固定的区间中的至少一部分的特定区间，所述加工条件设定部从所述加工条件记录部中记录的所述既得最佳激光加工条件中设定工件条件一致或大致一致的大致最佳激光加工条件，关于所述特定区间以外的所述加工线的区间中的、至少与所述特定区间相邻的加工线的区间中的至少一部分的区间，所述加工条件设定部将作为对所述特定区间设定的所述大致最佳激光加工条件下的所述模拟结果而得到的、所述加工点或所述加工点的附近的温度设为所述规定温度，设定使通过所述非稳定热流体模拟求出的所述加工点或所述加工点的附近的温度与所述特定区间同样地成为所述规定温度的激光加工条件。
根据上述(9)所记载的结构，为了得到良好的加工结果而需要设定的激光加工条件除了激光输出、加工头的激光射出侧端面与加工点之间的距离(激光的焦点与工件的加工面的位置关系)、加工头相对于工件的相对移动速度等以外，还具有屏蔽气体、辅助气体的条件等，由于涉及多方面，因此决定最佳的激光加工条件并不容易，但针对切割、焊接等激光加工的每个种类并且针对工件的每个材质，关于满足工件的壁厚固定且工件表面平坦这种有限制的工件条件以及加工线为直线这种有限制的加工线形状条件的加工线的区间，应用事先记录的大致最佳的激光加工条件，由此能够可靠地得到良好的加工结果，并且关于工件条件接近的相邻区间，也能够容易地设定能够得到良好的加工结果的可能性高的激光加工条件。
(10)在(6)～(9)中的任一项所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备温度检测单元(例如后述的温度检测单元26)，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，所述控制部具有如下的功能：当在以由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生温度差的情况下，所述控制部根据所述温度差，对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
根据上述(10)所记载的结构，在由于非稳定热流体模拟的误差使得在预先设定出的激光加工条件下实际的加工点、加工点的附近的温度相对于非稳定热流体模拟的结果中包括的预测温度、换言之目标温度偏离的情况下，能够减小温度的偏离，能够减少激光加工质量的下降。
(11)在(6)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备温度检测单元(例如后述的温度检测单元26)和第一机器学习装置(例如后述的第一机器学习装置28)，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，所述第一机器学习装置具有：第一状态观测部(例如后述的第一状态观测部29)，其至少被输入所述三维激光加工系统的状态数据来作为输入数据，所述状态数据包括由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件以及设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果；标签获取部(例如后述的标签获取部30)，其获取由所述温度检测单元检测出的所述温度的时间变化数据来作为答案数据即标签；以及第一学习部(例如后述的第一学习部31)，其被输入大量的所述输入数据与所述标签的对，由此学习所述输入数据与所述标签的关系，其中，所述第一学习部使用学习结果，针对新输入来的输入数据，预测由所述温度检测单元检测的所述温度的时间变化数据，所述加工条件设定装置参照所述第一学习部预测出的所述温度的时间变化数据来修正所述激光加工条件。
根据上述(11)所记载的结构，第一学习部通过机器学习来进行学习，由此能够针对加工条件设定装置设定出的激光加工条件准确地预测由温度检测单元检测的温度的时间变化数据，因此加工条件设定装置能够修正激光加工条件以使温度的时间变化数据与目标相同，即使针对具有复杂的形状的工件，也能够一边将加工点、加工点的附近的温度维持为目标温度一边进行激光加工。另外，通过观测激光加工条件和该激光加工条件下的模拟结果这两方来作为状态数据，模拟结果成为提示，因此能够比较容易地进行用于使得能够针对新的激光加工条件预测由温度检测单元检测的温度的时间变化数据的学习。
(12)在(11)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，所述控制部具有如下的功能：当在以所述加工条件设定装置参照所述第一学习部预测出的所述温度的所述时间变化数据修正后的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间的温度差比规定温度差大时，所述控制部根据所述温度差，对由所述加工条件设定装置修正后的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对修正后的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
根据上述(12)所记载的结构，当第一学习部的学习不充分或者即使第一学习部的学习充分但在激光加工中激光装置、驱动装置的周边状态发生变化或工件的表面状态出现偏差时，即使以通过参照从第一学习部输入的预测出的温度的时间变化数据进行修正后决定出的激光加工条件进行加工，也存在由温度检测单元检测的温度与预测出的温度不同的可能性，但通过校正激光加工条件，能够抑制加工不良的产生。
(13)在(11)或(12)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备上级计算机(例如后述的上级计算机34)、上级网络(例如后述的上级网络35)以及下级网络(例如后述的下级网络36)，通过所述第一机器学习装置与多个所述激光装置经由所述下级网络连接来构成制造单元(例如后述的制造单元37、370)，多个所述制造单元与所述上级计算机经由所述上级网络连接，所述上级计算机作为所述加工条件设定装置中的至少所述热流体模拟部发挥功能，至少作为由所述热流体模拟部进行的所述非稳定热流体模拟的模拟条件的所述激光加工条件以及至少作为所述非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的预测为由所述温度检测单元检测出的温度的时间变化数据经由所述上级网络和所述下级网络被输入至所述第一机器学习装置的所述第一状态观测部，由所述温度检测单元检测出的所述温度的时间变化数据经由所述下级网络被输入至所述第一机器学习装置的所述标签获取部，经由所述上级网络和所述下级网络在多个所述第一学习部间共享所述学习模型。
根据上述(13)所记载的结构，需要实时地处理由温度检测单元检测出的温度的时间变化数据即标签来进行学习的第一机器学习装置与连接有数台至数十台的激光装置的也称作雾网络的下级网络连接，通过与上级网络连接的云服务器等上级计算机来进行不那么要求实时性但计算负荷非常大的非稳定热流体模拟，由此能够兼顾所要求的处理的实时性和大规模的处理能力。
(14)在(2)～(4)中的任一项所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备至少一个以上的在线图像监视装置(例如后述的在线图像监视装置38)以及第二机器学习装置(例如后述的第二机器学习装置39)，其中，所述在线图像监视装置能够获取图像数据，所述图像数据表示所述工件的激光加工中的部分和刚进行激光加工后的部分中的至少任一部分的、所述工件的表面或所述工件的内部的二维形状或三维的形状，所述第二机器学习装置具有：第二状态观测部(例如后述的第二状态观测部40)，其观测所述三维激光加工系统的内外的状态来作为状态数据输出，所述所述三维激光加工系统的内外的状态至少包括由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件以及作为设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果的与所述图像数据对应的所述工件的形状数据；判定数据获取部(例如后述的判定数据获取部41)，其获取由所述在线图像监视装置得到的时间序列的图像数据，并且输出该图像数据与预先记录的被给出评价分数的样本图像数据的比较结果来作为判定数据；第二学习部(例如后述的第二学习部42)，其接收来自所述第二状态观测部和所述判定数据获取部的输出；以及意志决定部(例如后述的意志决定部43)，其基于所述第二学习部的学习结果即价值函数，决定从所述第二学习部输出的激光加工条件，并且，所述第二学习部具有：报酬计算部(例如后述的报酬计算部44)，其根据所述判定数据来计算报酬；以及价值函数更新部(例如后述的价值函数更新部45)，其基于所述报酬来逐次更新所述价值函数，所述第二学习部将从所述意志决定部输出的激光加工条件与从所述第二状态观测部输入的所述状态数据及从所述判定数据获取部输入的所述判定数据进行关联，基于所述判定数据来通过试错的方式学习各状态下的最佳的激光加工条件。
根据上述(14)所记载的结构，第二学习部通过机器学习来进行学习，由此能够输出使由在线图像监视装置拍摄到的时间序列的图像数据同与良好的激光加工结果直接有关的被给出高评价分数的样本图像数据一致这样的激光加工条件。另外，通过观测状态数据，当改变激光加工条件的哪个条件时激光加工时或刚进行激光加工后的工件形状如何变化这个模拟结果成为提示，因此能够高效地进行各状态下的最佳的激光加工条件的学习，所述状态数据包括激光加工条件以及作为该激光加工条件下的模拟结果的与所述图像数据对应的所述工件的形状数据。
(15)在(14)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，所述控制部具有如下的功能：当在以从所述第二机器学习装置输出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工的过程中、所述判定数据获取部将由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据与被给出评价分数的所述样本图像数据进行比较并且输出由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据的评价分数比规定分数低这个判定数据时，所述控制部对从所述第二机器学习装置输出的原来的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，所述激光装置以校正后的激光加工条件来继续进行激光加工。
根据上述(15)所记载的结构，当第二学习部的学习不充分或者即使第二学习部的学习充分但在激光加工中激光装置、驱动装置的周边状态发生变化或工件的表面状态出现偏差时，在以从第二机器学习装置输出的激光加工条件进行的加工中，存在图像数据些微地偏离评价分数高的样本图像数据的可能性，但通过校正激光加工条件，能够抑制加工不良的产生。
(16)在(14)或(15)所记载的三维激光加工系统中，也可以是，还具备上级计算机(例如后述的上级计算机34)、上级网络(例如后述的上级网络35)以及下级网络(例如后述的下级网络36)，通过所述第二机器学习装置与多个所述激光装置经由所述下级网络连接来构成制造单元(例如后述的制造单元37、370)，多个所述制造单元与所述上级计算机经由所述上级网络连接，所述上级计算机作为所述加工条件设定装置中的至少所述热流体模拟部发挥功能，至少作为由所述热流体模拟部进行的所述非稳定热流体模拟的模拟条件的所述激光加工条件以及至少作为所述非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的与所述图像数据对应的所述工件的所述形状数据经由所述上级网络和所述下级网络被输入至所述第二机器学习装置的所述第二状态观测部，由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据经由所述下级网络被输入至所述第二机器学习装置的所述判定数据获取部，经由所述上级网络和所述下级网络在多个所述第二学习部间共享所述价值函数。
根据上述(16)所记载的结构，第二机器学习装置与连接有数台至数十台的激光装置的也称作雾网络的下级网络连接，所述第二机器学习装置需要实时地进行由在线图像监视装置得到的时间序列的图像数据与被给出评价分数的样本图像数据的比较并且将该判定结果输出至第二学习部来作为判定数据，第二学习部实时地根据判定数据来计算报酬且更新价值函数来进行学习，由与上级网络连接的云服务器等上级计算机来进行不那么要求实时性但计算负荷非常大的非稳定热流体模拟，由此能够兼顾所要求的处理的实时性与大规模处理能力。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够设定包括激光输出条件的最佳的激光加工条件的加工条件设定装置和三维激光加工系统，所述激光加工条件考虑了在相对于具备三维形状的工件的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件相对地移动的加工头的移动条件、伴随加工头的移动中的速度变化的工件表面上的加工点的移动速度的变化以及随着工件的壁厚等伴随加工点的移动的加工点的热特性条件的变化而变化的用于得到良好的加工结果的加工条件的变化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图2是表示在本发明的第一实施方式中通过加工头的运动来模拟地表示移动状态模拟结果的例子的图。
图3是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过加工点的移动速度的时间变化表示移动状态模拟结果的例子的曲线图。
图4是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过激光输出的时间变化表示非稳定热流体模拟结果的例子的曲线图。
图5是表示照射于工件的激光的入射能密度的空间的分布例的曲线图。
图6是表示照射于工件的激光的入射能密度的空间的其它分布例的曲线图。
图7是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过加工头的运动模拟地表示移动状态模拟结果的其它例子的图。
图8是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过加工头的运动模拟地表示移动状态模拟结果的另一其它例子的图。
图9是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过激光输出的时间变化表示非稳定热流体模拟结果的其它例子的曲线图。
图10是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中通过激光输出的时间变化表示非稳定热流体模拟结果的另一其它例子的曲线图。
图11是表示在本发明的第一实施方式的三维激光加工系统中使用的加工点的附近的模拟结果温度与加工点的附近的测量温度之间的相关数据的例子的曲线图。
图12A是表示本发明的第一实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第一流程图。
图12B是表示本发明的第一实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第二流程图。
图13是表示本发明的第二实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图14A是表示本发明的第二实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第一流程图。
图14B是表示本发明的第二实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第二流程图。
图15是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图16A是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第一流程图。
图16B是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第二流程图。
图16C是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第三流程图。
图16D是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第四流程图。
图17是表示本发明的第四实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图18是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图19A是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第一流程图。
图19B是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第二流程图。
图19C是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第三流程图。
图19D是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的动作的一例的第四流程图。
图20是表示本发明的第六实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
附图标记说明
1、100、200、300、400、500：三维激光加工系统；2：激光装置；3：驱动装置；4：加工条件设定装置；5：激光振荡器；6：电源部；7：光纤；8：工件；9：加工头；10：激光光学系统；11：光检测单元；12：控制部；13：机器人；14：机器人控制部；15：保持机构部；16：移动状态模拟部；17：热流体模拟部；18：加工条件设定部；19：加工条件设定控制部；20：指令输入部；21：数据获取部；22：CAD数据记录部；23：显示部；24：加工条件记录部；25：测距单元；26：温度检测单元；28：第一机器学习装置；29：第一状态观测部；30：标签获取部；31：第一学习部；32：误差计算部；33：学习模型更新部；34：上级计算机；35：上级网络；36：下级网络；37、370：制造单元；38：在线图像监视装置；39：第二机器学习装置；40：第二状态观测部；41：判定数据获取部；42：第二学习部；43：意志决定部；44：报酬计算部；45：价值函数更新部。
具体实施方式
下面参照附图来说明本发明所涉及的三维激光加工系统的实施方式。在各附图中，对相同构件标注相同的参照标记。另外，在不同的附图中标注有相同的参照标记的结构要素是指具有相同的功能的结构要素。此外，为了容易观察这些附图，适当地变更了比例尺。
<第一实施方式>
图1是表示本发明的第一实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。当大致划分时，本实施方式的三维激光加工系统1由激光装置2、驱动装置3、加工条件设定装置4这三个装置构成。
激光装置2具备与即使为单体也能够使用的通常的激光装置相同的结构。激光装置2具备：射出激光的至少一个激光振荡器5；向激光振荡器5供给用于激光振荡的电力的电源部6；用于将从激光振荡器5射出的激光经由光纤7照射于激光加工对象物即工件8的包括加工头9的激光光学系统10；检测在激光光学系统10中传播的光的光检测单元11；以及至少向电源部6输出与光输出指令对应的电力输出指令并且被输入由光检测单元11得到的检测结果的控制部12。
此外，没有图示输入部，所述输入部用于输入在单体使用的情况下所需的激光输出条件等。另外，在图1中，与激光光学系统10一同图示出加工头9、光纤7，但在本说明书中，除非特别说明，则“激光光学系统”这个用词以包括加工头9、光纤7等的含义进行使用。因而，如本实施方式那样记述为激光光学系统也包括：对来自多个激光振荡器5的激光进行合成的合成器；图1中没有图示的、使从一根光纤的端面射出来的激光入射于其它光纤的端面的光纤耦合器；在为将激光二极管模块作为激励光源的激光振荡器的情况下的放大用光纤等光放大介质、用于使激光入射于光放大介质的光学系统；在将激光二极管模块作为激光光源的激光振荡器的情况下的对来自激光二极管模块的激光进行合成的合成器等。
激光光学系统10也可以是能够通过来自控制部12的指令来控制焦点距离等光学特性。另外，期望的是，光检测单元11除了具备检测从激光振荡器5射出的激光的光检测单元以外，还具备检测从加工头9射出的激光被工件8的表面反射后的反射光等在激光光学系统10内向与从激光振荡器5射出的激光相反的方向传播的返回光的光检测单元。此外，在图1中，空心的箭头模拟地表示激光，实线的箭头模拟地表示信号线等及其信号的方向。在图1以后的表示概念性的结构的框图中也是同样的。
驱动装置3是以用于使包括加工头9的姿势在内的加工头9的位置相对于工件8的加工面移动的装置这个含义使用的。在本实施方式中，驱动装置3由机器人13和机器人控制部14构成，加工头9安装于机器人13的手。
机器人13通过来自接收到来自控制部12的加工头驱动指令的机器人控制部14的控制信号使加工头9与来自加工头9的激光输出同步地移动成遵循加工头驱动指令的姿势、位置。此外，工件8由保持机构部15保持。也可以是，在该保持机构部15也具备直线电动机等，来分担驱动装置3的作用。在使保持机构部15分担驱动装置3的作用的情况下，不仅从保持机构部15将表示工件8的保持状态的信号输出至机器人控制部14或控制部12，还从机器人控制部14或控制部12向保持机构部15输出保持机构部驱动指令。
加工条件设定装置4包括移动状态模拟部16、热流体模拟部17、加工条件设定部18、加工条件设定控制部19、指令输入部20、数据获取部21、CAD数据记录部22以及显示部23。
当向指令输入部20输入指令以设定激光加工条件时，加工条件设定控制部19接收来自指令输入部20的指令，指示数据获取部21读入三维CAD数据，并且记录在CAD数据记录部22中。上述三维CAD数据包括工件8的三维CAD数据以及加工头9的三维CAD数据，所述工件8的三维CAD数据定义有至少包括导热率、比热以及密度的热物理性质。从加工条件设定装置4的外部将这些三维CAD数据读入至数据获取部21。
接着，移动状态模拟部16接收来自加工条件设定控制部19的指令，使用CAD数据记录部22中记录的工件8的三维CAD数据和加工头9的三维CAD数据来模拟加工头9的移动状态。加工头9的移动状态是指加工头9沿着工件8的上述三维CAD数据中设定的加工线在相对于工件8的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件8相对地移动。此外，加工线是指加工头9相对于工件8相对地移动时的加工点的轨迹。加工点是指工件8的加工表面与加工头9的光轴的交点。
在模拟加工头9的移动状态时，期望通过以下来进行：根据使加工头9的位置移动的驱动装置3的性能、规格等来考虑包括加工头9能够采取的姿势、加工头9的姿势的变化在内的加工头9的移动速度的可设定范围，并且在虚拟三维空间中，使加工头9沿着工件8的加工线在相对于工件8的加工面保持着规定的角度和规定的间隙的状态下相对于工件8相对地移动。
图2和图3表示移动状态模拟的一部分的具体例。在图2和图3中，t1、t2、t3、···t19表示加工头9相对于工件8的加工面进行激光加工的等间隔的时间。如图2所示，工件8的加工面呈直角地变化。在像这样工件8的加工面急剧地变化的情况下，在加工头9相对于工件8改变姿势的期间，从加工头9射出的激光照射工件8的加工面的点、即加工点成为静止于图2中的A点的状态。因此，当加工点接近A点时，如图3所示，加工头9的移动速度需要从某个位置起减速。
为了尽可能地缩短加工时间，期望在加工头9的位置控制能够稳定的范围中在加工点尽可能地接近A点后进行减速。因此，考虑驱动装置3的性能等来决定开始加工头9的移动速度的减速的位置。
期望的是，加工头9相对于工件8改变姿势的速度也在加工头9的姿势控制能够稳定的范围内尽可能地快。因而，期望的是，当加工头9相对于工件8的姿势改变结束时，加工头9相对于工件8的移动速度在加工头9的位置控制能够稳定的范围内尽可能地大幅加速。
这些加工头9的姿势变更加速度、移动加速度也是考虑驱动装置3的性能等来决定的。但是，当考虑激光装置2能够输出的激光输出范围等时，当加工点的移动速度过大时，也有时无法得到良好的加工结果。因此，认为移动状态模拟结果表示了可能的速度、加速度的上限，来决定最终的加工头9相对于工件8的移动条件。
在图2和图3所示的移动状态模拟的例子中，加工点从t6的时间点起开始加工头9的水平方向的移动速度的减速，从加工点到达A点的t8的时间点起直至加工头9的姿势完成90°倾斜的t12的时间点为止，加工点的移动速度为0。另外，加工点从t12的时间点起开始加工头9的垂直方向的移动速度的加速，在t14的时间点恢复为原来的速度。
也可以将这样的移动状态模拟的结果作为包括工件8和加工头9的三维图像的运动图像来显示于显示部23，使得能够确认模拟结果。在该情况下，期望能够自由地改变运动图像的再现速度、视点，以容易地确认模拟结果。此外，也可以是，在移动状态模拟的结果为加工头9与工件8等发生干扰使得无法实施设为目的的激光加工的情况下，在显示部23显示由于加工头9发生干扰而无法实施激光加工。
在根据由移动状态模拟部16得到的移动状态模拟结果来使加工头9相对于工件8相对地移动时，热流体模拟部17实施非稳定热流体模拟，该非稳定热流体模拟计算由于加工头9的移动而发生变化的、至少包括工件8的一部分的区域的温度分布。
例如在加工头9如图2和图3所示那样移动的情况下，当为了使加工头9改变姿势而加工头9的移动速度减速、沿着工件8的加工面上的加工线移动的加工点的移动速度变慢时，如果从加工头9射出的激光输出相同，则每单位时间照射于加工点的激光能量增加，因此加工点和加工点的附近的工件8的温度过度地上升，偏离于最佳的激光加工条件。因此，例如，如果激光加工的种类为切割，则产生工件熔融宽度过宽且切割面不平滑等加工不良。另外，如果激光加工的种类为焊接，则产生多孔性的增加等加工不良。
为了不产生加工不良，需要根据沿着加工点的加工线的移动速度下降的定时，例如如图4所示的那样缩小激光输出。为了求出将激光输出缩小多少较好等、如何根据沿着加工点的加工线的移动状态来控制激光输出等激光加工条件较好，而进行非稳定热流体模拟。基本上，反馈模拟结果并且改变激光加工条件地反复进行非稳定热流体模拟，直至得到能够得到良好的激光加工结果这样的模拟结果为止。在如以往报告的使激光输出与沿着加工点的加工线的移动速度成比例这样的控制方法中，例如在加工头9如图2、图3所示那样移动的情况下，在加工头9改变姿势的期间，沿着加工点的加工线的移动速度为0(m/s)，因此很明显地，激光输出停止，加工点的温度下降，产生加工不良。
此外，本实施方式的三维激光加工系统1基于由移动状态模拟部16和热流体模拟部17得到的模拟结果，在利用加工条件设定部18在实际的激光加工前预先设定至少包括加工头9的相对移动条件和激光输出条件的激光加工条件后开始激光加工。但是，在根据由光检测单元11检测出的返回光的检测结果判定为需要控制部12抑制返回光的光量的情况下，期望至少暂时地变更由加工条件设定部18预先设定的激光加工条件。即，将激光输出条件和加工头9相对于工件8的相对移动速度这两方的激光加工条件例如变更为在降低激光输出的同时也降低加工头9的相对移动速度等能够将加工点的温度或加工点的附近的工件8的温度维持为接近目标温度的温度的激光加工条件，由此能够防止由于返回光引起的激光光学系统10、激光振荡器5的损伤，并且降低加工不良的发生概率。
另外，虽然在图1中没有表示，但期望的是，在加工头9等安装测距单元，在实际进行激光加工时，控制部12基于由测距单元得到的测量结果来对基于加工头移动模拟的结果预先设定的激光加工条件中的至少加工头9的移动条件进行校正。测距单元为例如能够以与工件8非接触的方式测量加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离的激光距离传感器等。由此，能够对由于工件8的三维CAD数据与实际的工件8的形状、位置的些微的差异而产生的、加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离相对于规定距离的些微的偏离进行校正，能够避免产生由于加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离相对于规定距离的偏离引起的加工不良，所述工件8的三维CAD数据与实际的工件8的形状、位置的些微的差异是由于工件8的形状精度、工件8的保持精度、工件8的热变形等引起的。由于是针对些微的差异的校正，因此不会产生由于校正延迟引起的加工不良。
同样也没有在图1中表示，但也可以在加工头9等安装能够以与工件8非接触的方式检测在激光加工时沿着加工线移动的加工点的温度与加工点的附近的工件8的表面温度中的至少一方的温度的如热像仪(thermography)这样的温度检测单元。此时，期望的是，控制部12具有如下的功能：当在以由加工条件设定装置4设定出的激光加工条件对工件8进行激光加工中的某个时间点由温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生了温度差的情况下，控制部12根据该温度差来校正由加工条件设定装置4设定出的激光加工条件中的至少一部分，其中，所述预测温度是针对由加工条件设定装置4设定出的激光加工条件下的模拟结果中包括的、与上述的某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度。由此，也可以使得以校正后的激光加工条件继续激光加工，在由于非稳定热流体模拟的误差等使得在预先设定的激光加工条件下加工点、加工点的附近的温度偏离目标温度的情况下，减小温度的偏离，使激光加工质量稳定。例如，如果由温度检测单元检测出的检测温度低于预测温度、目标温度，则控制部12使激光输出增加，如果高于预测温度、目标温度，则进行降低激光输出等校正即可。
此外，关于计算根据加工头9的移动而发生变化的包括至少工件8的一部分的区域的温度分布的非稳定热流体模拟，通过针对工件8的激光照射，激光被电子吸收使得电子的温度提高，之后，通过库伦碰撞使得产生原子的晶格振动、离子温度上升，之后引起工件8的熔融、蒸发、等离子体化、再凝固等相变、熔融液的对流、蒸发而气化的物质的流动等复杂的物理现象，因此也考虑如实地模拟全部的现象来求出包括激光加工的结果在内的模拟结果。但是，当想要如实地模拟全部的现象时，存在计算负荷庞大，并且模拟结果的精度也不能说充分这样的问题。因此，为了比较容易地得到模拟结果，也可以作为近似的模拟方法，将来自加工头9的激光对工件8的照射效果设为仅存在由于向工件8的热量输入引起的工件8的温度上升，基于工件8不发生相变这个假设，来实施非稳定热流体模拟。
在将激光的照射效果设为仅存在由于向工件8的热量输入引起的工件8的温度上升、基于工件8不发生相变这个假设来实施非稳定热流体模拟的情况下，可以如以下的数式1那样仅通过激光向工件8入射的入射能、工件表面中的光斑直径、激光照射位置的工件8的反射率、工件8对激光的吸收率来对针对工件8的激光照射的效果进行近似，来进行非稳定热流体模拟。
【数1】
(数式1)
Q(x，y，z，t)＝(1-R)IO(x，y，t)exp(-αz)
在此，Q(x，y，z，t)表示由激光照射给工件8带来的热量输入量，x和y表示工件8的加工点在包括加工面的平面上的坐标，z表示穿过加工点并且与包括工件8的加工点处的加工面的平面垂直的方向的坐标。加工点的坐标也可以设定为x＝y＝z＝0。另外，t表示时间，R表示反射率，α表示吸收率，IO(x，y，t)表示入射光强度。
另外，关于入射光强度，能够如以下的数式2那样，通过表示工件8的加工面上的热量输入分布的空间函数f(x，y)与向工件8入射的入射激光的峰值入射能密度IP(t)[W/m2]的积来表示。
【数2】
(数式2)
IO(x，y，t)＝f(x，y)Ip(t)
在此，峰值入射能密度IP(t)[W/m2]为时间的函数，关于空间函数f(x，y)，如图5所示，如果入射能密度分布为高斯分布，则能够由以下的数式3表示。
【数3】
(数式3)
在此，r为入射激光在工件表面中的照射半径，是光斑直径的1/2。另外，如图6所示，如果入射能密度分布为平顶型，则空间函数f(x，y)能够由以下的数式4近似地表示。
【数4】
(数式4)
f(x，y)＝1(x2+y2≤r2的情况下)＝O(x2+y2＞r2的情况下)
无论入射能密度分布为高斯分布还是平顶型，如以下的数式5所示，如果以x和y对数式进行多重积分，则激光向工件8的入射能均为πr2IP(t)[W]。空间函数f(x，y)不限于上述的高斯分布、平顶型，也可以使用测量实际的强度分布来求出的空间函数等。
【数5】
(数式5)
如上述的那样，当仅通过激光向工件8入射的入射能及工件表面中的光斑直径、激光照射位置的工件8的反射率、工件8对激光的吸收率来对针对工件8的激光照射的效果进行近似、不考虑相变时，进行非稳定热流体模拟比较容易。
其中，工件8对激光的吸收率、工件8的反射率与工件8的导热率、比热、密度等物理属性值同样地根据由于热量输入引起的工件8的温度上升、相位变化而变化，因此难以得到准确的物理属性值。因此，在非稳定热流体模拟中，可以采用如下等方法：针对固相使用可利用的最高温度下的物理属性值；在固相的温度依赖性可知的情况下，使用考虑了外推至高温的温度依赖性的物理属性值；通过形状简单的实验用工件实际地试行激光加工，使用与试验结果一致的物理属性值。
此外，关于反射率，期望尽可能地考虑入射角度依赖性。另一方面，在工件8为金属的情况下，固体对激光的吸收率大，因此可以近似为激光完全被工件8的表面吸收。
另外，激光加工条件中包括的屏蔽气体或辅助气体除了本来的作用以外，冷却工件表面的效果也大。由于存在屏蔽气体或辅助气体被高速地吹送至工件8使得该气体被大幅压缩的区域，因此为了尽可能准确地反映由于该气体带来的影响，期望将这些气体作为压缩性气体来进行非稳定热流体模拟。
在基于工件8不发生相变这个假设，按照由移动状态模拟部16进行的移动状态模拟的结果来实施非稳定热流体模拟的情况下，关于加工线中的至少一部分的加工区间，能够以设为如下的激光加工条件为目标：在该激光加工条件下，不论加工头9相对于工件8相对地移动的相对移动速度如何，均能够得到加工点的温度和加工点的附近的温度中的至少一方的温度成为固定的规定温度这个模拟结果。此外，可以认为：在激光加工中，通过不是将实际发生相变的加工点而是将维持固体的状态的加工点的附近的温度作为激光加工条件设定的指标，能够减小由于忽略相变而引起的非稳定热流体模拟的误差。此外，在本说明书中，加工点的附近这个词语均是以从加工点向规定的方向分离规定的距离的某个特定的点或位置这个含义使用的。
在以设定为使加工点的温度和加工点的附近的温度中的至少一方的温度成为固定的规定温度的激光加工条件为目标的情况下，基于由移动状态模拟部16进行的移动状态模拟的结果，热流体模拟部17反复进行非稳定热流体模拟，导出估计为使加工点、加工点的附近的温度成为上述规定温度的激光加工条件。换言之，关于整个加工区间反复进行非稳定热流体模拟，直至基于模拟结果的温度与上述规定温度之差为规定值以下为止。
像这样，在实际的激光加工前，加工条件设定部18基于移动状态模拟部16和热流体模拟部17的模拟结果，预先设定包括加工头9的移动条件在内的激光加工条件，并且将激光加工条件输出至控制部12，控制部12将按照激光加工条件的光输出指令、加工头驱动指令等输出至激光装置2、驱动装置3的各部，来执行激光加工。
如上述的那样，通过以估计为使加工点、加工点的附近的温度成为规定温度的激光加工条件来进行激光加工，例如图2所示那样工件8的表面呈直角弯曲、对其外侧的面进行激光加工等即使在当改变加工头9的姿势的期间加工点不移动的情况下，也能够设定用于控制激光输出以使加工点、加工点的附近的温度不过于上升的激光加工条件。
另外，以通过非稳定热流体模拟导出来的、估计为使加工点的温度成为规定温度的激光加工条件来进行加工，由此针对厚度等变化的工件8也能够将加工点、加工点的附近的温度控制为固定。例如，在工件8从图2所示的工件8变化为如图7、图8所示那样厚度变化的工件8的情况下，图3所示的移动状态模拟的结果不改变。但是，作为非稳定热流体模拟结果导出的激光输出的时间变化从图4分别变化为图9和图10所示的那样。
即，在为图7所示的工件8的情况下，如图9所示，当加工点接近A点时，与图2所示的工件8的情况相比，由于工件8的导热引起的自加工点的散热量增加。因此，激光加工条件为如下的条件：增加激光输出以将加工点的温度保持为规定温度。另一方面，在为图8所示的工件8的情况下，如图10所示，相比于图2所示的工件8的情况，从加工点接近A点的时间点起，由于工件8的厚的部分的导热使得散热量增加，当加工点移动至与工件8的厚的部分对应的位置时，散热量增加的状态继续。因此，激光加工条件为如下的条件：从t4时间点起开始增加激光输出，并且在该时间点以后也继续激光输出增加的状态，以将加工点的温度保持为规定温度。
如以上那样，按照由移动状态模拟部16进行的移动状态模拟的结果来利用热流体模拟部17进行非稳定热流体模拟，由此例如对表面呈直角弯曲的工件8的外表面进行激光加工等即使在当改变加工头9的姿势的期间加工点不移动的情况下也是，不仅能够设定用于控制激光输出以使加工点的温度不过于上升的激光加工条件，也能够针对厚度等变化的工件8也控制激光输出以使加工点的温度固定。
此外，在改变激光输出时，既可以代替改变激光输出的峰值而是改变脉冲输出的占空比来改变平均激光输出，也可以改变激光输出的峰值和脉冲输出的占空比这两方，这是自不必说的。另外，在由于激光装置2的性能等而不能够使激光输出增加的情况下等，也可以代替使激光输出增加，而是使加工点的移动速度下降。其中，在能够设定多个时间序列的一系列的激光加工条件的情况下，期望的是选择并且设定加工时间最短的激光加工条件。
另外，在图2、图7和图8中，只表示出工件8的一部分，并且说明了对至少包括工件8的一部分的区域进行非稳定热流体模拟，但该区域也可以包括整个工件8，也可以还考虑到从工件8流向保持机构部15的热能等而在上述区域中包括保持机构部15的至少一部分，虽然会导致计算负荷增加。在该情况下，期望的是，至少关于区域内，从数据获取部21也获取定义有关于保持机构部15的热物理性质的三维CAD数据，将其用于非稳定热流体模拟。
如上述的那样，进行非稳定热流体模拟是有效的，但非稳定热流体模拟中使用的工件8的物理属性值使用考虑了外推至高温的温度依赖性的物理属性值，不考虑工件8的相变，因此无法避免通过非稳定热流体模拟计算出的加工点、加工点的附近的温度与实际的激光加工中的加工点、加工点的附近的温度具有一定程度的偏离。因此，也可以是，为了在实际的激光加工中使加工点或加工点的附近的温度接近目标温度，热流体模拟部17参照如图11所示的那样的相关数据，针对在实际的激光加工中作为目标的规定温度，决定在非稳定热流体模拟中作为目标的置换规定温度，来实施非稳定热流体模拟。图11所示的相关数据是针对工件8的每个材质收集的数据，所述数据表示由加工条件设定部18设定出的激光加工条件下的模拟结果中包括的加工点或加工点的附近的温度与在以激光加工条件实际地进行激光加工时测量出的对应的位置的温度之间的相关性。该相关数据预先记录在热流体模拟部17。
虽然没有进行图示，但关于为了收集相关数据而测量激光加工中的加工点、加工点的附近的温度的温度传感器，可以为如前述的那样的安装于加工头9的热像仪这样的温度检测单元，但也可以为固定的热像仪这样的温度检测单元，还可以为与工件8热接触的热敏电阻这样的温度传感器。
另外，也可以是，使显示部23还显示如上述那样的非稳定热流体模拟的结果、由加工条件设定部18设定出的结果的三维图像、运动图像，由此能够确认模拟结果、设定出的激光加工条件。在该情况下，也可以通过色条和颜色的差异来表示工件8、加工线的温度分布。
接着，使用图12A和图12B来说明第一实施方式的三维激光加工系统1的具体的动作的一例。图12A和图12B为表示本发明的第一实施方式的三维激光加工系统1的动作的一例的流程图。
首先，当图1所示的三维激光加工系统1启动而开始动作时，三维激光加工系统1判定加工条件设定装置4的指令输入部20是否具有激光加工条件设定指令(步骤S101)。
在此，在具有激光加工条件设定指令的情况下，主要从激光装置2的控制部12向加工条件设定控制部19读入作为设定激光加工条件的对象的激光装置2、驱动装置3的性能、规格等装置信息，并且读入从指令输入部20指示的激光加工内容(步骤S102)。接着，通过加工条件设定控制部19的指令，从数据获取部21向CAD数据记录部22读入定义有材质的热物理性质的工件8的三维CAD数据以及加工头9的三维CAD数据(步骤S103)。
加工条件设定控制部19根据读入的装置信息、激光加工内容以及CAD数据记录部22中记录的三维CAD数据，来判定是否在以前已经设定并且记录了装置、工件、激光加工内容完全相同的条件的激光加工条件(步骤S104)。其结果是，在未设定的情况下，通过来自加工条件设定控制部19的指令，首先，移动状态模拟部16使用加工条件设定控制部19读入的装置信息、激光加工内容以及CAD数据记录部22中记录的三维CAD数据，实施加工头9相对于工件8的相对移动状态的模拟，求出能够以最短时间结束激光加工的加工头9的相对移动条件(步骤S105)。
接着，加工条件设定控制部19判定移动状态模拟的结果是否是加工头9能够以不与工件8发生干扰的方式移动(步骤S106)。在此，在发生干扰的情况下，在显示部23警告显示由于加工头9与工件8发生干扰而使得加工条件设定控制部19不能够执行指示的激光加工(步骤S107)。之后，返回步骤S101，并且待机直至被输入新的激光加工条件设定指令。
在通过步骤S106判定为加工头9能够以不与工件8发生干扰的方式移动的情况下，加工条件设定控制部19判定热流体模拟部17中是否关于该工件8的材质记录有相关数据，所述相关数据表示在以某个激光加工条件实际地进行激光加工时测量出的加工点或加工点的附近的温度与作为相同的激光加工条件下的非稳定热流体模拟的结果得到的对应的位置的温度之间的相关性(步骤S108)。
在通过步骤S108判定为记录有相关数据的情况下，热流体模拟部17参照该相关数据，将在实际的激光加工中作为目标的规定温度置换为在非稳定热流体模拟中作为目标的规定温度(置换规定温度)(步骤S109)，考虑通过移动状态模拟部16求出的相对移动条件，临时设定激光加工条件(步骤S110)，进行非稳定热流体模拟(步骤S111)。另一方面，在通过步骤S108判定为没有记录有相关数据的情况下，直接进入步骤S110。
作为步骤S111的非稳定热流体模拟的结果，加工条件设定控制部19关于整个加工区间判定模拟结果温度与规定温度之差是否为规定差以下(步骤S112)。其结果，如果不为规定差以下，则加工条件设定控制部19关于模拟结果温度相比于规定温度低的加工区间修正激光加工条件，如提高激光输出、降低加工头9相对于工件8的相对移动速度等(步骤S113)，然后返回步骤S111。
当通过步骤S112关于整个加工区间判定为模拟结果温度与规定温度之差为规定差以下时，加工条件设定部18基于移动状态模拟部16和热流体模拟部17的模拟结果来预先设定包括加工头9的移动条件在内的激光加工条件(步骤S114)，控制部12判定是否具有指示激光加工的开始的指令(步骤S115)。此外，在通过之前的步骤S104判定为在以前已经设定并且记录有装置、工件、激光加工内容完全相同的条件的激光加工条件的情况下，直接进入步骤S115。
在步骤S115中，当判定为具有指示激光加工的开始的指令时，控制部12从加工条件设定部18读入预先设定的激光加工条件，基于读入的激光加工条件向激光装置2和驱动装置3的各部输出指令。由此，激光装置2开始激光加工(步骤S116)。当开始激光加工时，控制部12根据由光检测单元11得到的返回光的检测结果来监视是否需要抑制返回光的光量(步骤S117)。
在通过步骤S117判定为返回光的光量超过了容许水平的情况下，例如控制部12进行激光加工条件的校正，如降低激光输出以降低返回光的光量并且也降低加工头9相对于工件8的相对移动速度、使得尽可能将加工点或加工点的附近的温度维持为规定温度等(步骤S118)，之后，返回步骤S117。
另一方面，在通过步骤S117判定为返回光的光量没有超过容许水平的情况下，控制部12判定从预先设定的激光加工条件来看由测距单元测量出的从加工头9的激光射出侧端面至加工点为止的距离是否正常(步骤S119)。当通过步骤S119判定为不正常时，控制部12基于由测距单元得到的测量结果来校正加工头9的相对移动条件，使得成为规定的距离(步骤S120)，返回步骤S117。另外，当通过步骤S119判定为正常时，控制部12判定由温度检测单元检测出的加工点的温度或加工点的附近的表面温度是否没有偏离规定温度、是正常的，所述规定温度即针对预先设定的激光加工条件下的模拟结果中包括的对应的位置预测出的温度(步骤S121)。
在通过步骤S121判定为检测出的温度不正常的情况下，控制部12例如在检测出的温度比规定温度低的情况下，校正预先设定的激光加工条件的至少一部分，如提高激光输出或者降低加工头9相对于工件8的相对移动速度等(步骤S122)，然后返回步骤S117。
另一方面，在通过步骤S121判定为检测出的温度正常的情况下，控制部12判定所指示的激光加工是否结束(步骤S123)。其结果，在判定为没有结束的情况下，控制部12返回步骤S117，继续进行激光加工。另一方面，在判定为结束的情况下，控制部12判定是否对三维激光加工系统1发出了停止动作的指令(步骤S124)。在此，在没有发出停止指令的情况下，控制部12返回步骤S101，等待被输入下一个激光加工条件设定指令，在发出了停止指令的情况下，使三维激光加工系统1的动作结束。
如以上那样，第一实施方式的三维激光加工系统1按照步骤S101至步骤S124的步骤进行动作，由此能够实现如下的三维激光加工系统1：例如即使对于具有复杂的三维构造这样的工件8，也能够不经由人地设定能够期待良好的加工结果的激光加工条件，并且执行激光加工。
<第二实施方式>
图13是表示本发明的第二实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
图13所示的第二实施方式的三维激光加工系统100与图1所示的第一实施方式的三维激光加工系统1不同之处在于另外具备加工条件记录部24这一点以及在加工头9安装有在图1中没有图示的测距单元25和温度检测单元26这一点。
加工条件记录部24按激光加工的每个种类记录有针对至少包括板状工件的材质和厚度的工件条件而言实质上最佳的既得最佳激光加工条件。既得最佳激光加工条件至少包括激光输出、加工点相对于板状工件的相对移动速度以及加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离来作为激光加工条件。
测距单元25如前述的那样例如包括能够以与工件8非接触的方式测量加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离的激光距离传感器等。另外，温度检测单元26如前述的那样包括例如能够以与工件8非接触的方式检测在激光加工时沿着加工线移动的加工点的温度和加工点的附近的工件8的表面温度中的至少一方的温度的热像仪等。
另外，激光加工与极多的参数有关。作为参数，存在：波长、输出、模式、光束质量、脉冲振荡情况下的输出波形、频率、占空比等激光的振荡条件的参数；聚光光学系统的F值、激光焦点与加工面的位置关系、激光相对于加工面的照射角度、功率密度、功率密度分布、辅助气体、屏蔽气体的喷出条件等照射条件的参数；加工速度、加工气氛、工件材质等加工条件的参数；工件、切割、焊接、淬火、涂覆、硬钎焊、穿孔、标记等激光加工的种类、方法等参数。因此，如第一实施方式的三维激光加工系统1那样，有时难以只根据相关数据等来设定为全部的参数最佳化的激光加工条件。
因此，在本实施方式中，在加工条件记录部24中针对激光加工的每个种类并且针对板状工件的每个材质预先记录关于不同的板状工件的厚度实质上全部的参数最佳化的激光加工条件。加工条件设定部18关于对工件8设定的加工线中的加工线为直线状并且工件8的沿着加工线的壁厚固定的区间中的至少一部分的特定区间，设定加工条件记录部24中记录的最佳激光加工条件中的激光加工的种类与工件条件一致的最佳激光加工条件。由此，加工条件设定部18能够至少对该特定区间设定至此已知的最佳的激光加工条件。
此外，在加工条件记录部24中记录的激光加工条件与工件8的厚度不同等没有记录条件完全一致的最佳激光加工条件的情况下，根据记录的最佳激光加工条件中的条件最接近的两个最佳激光加工条件，通过插值法或外推法来求出大致最佳激光加工条件，以该大致最佳激光加工条件来对特定区间进行激光加工。
关于特定区间以外的加工线的区间，将作为以对特定区间设定的最佳激光加工条件或大致最佳激光加工条件进行激光加工的条件下的非稳定热流体模拟的结果而求出的加工点或加工点的附近的温度设为规定温度，反复进行非稳定热流体模拟，由此求出能够得到加工点或加工点的附近的温度成为规定温度这个模拟结果的激光加工条件，通过设定该激光加工条件，能够期待关于特定区间以外的区间也得到良好的激光加工结果。此外，在具有最佳加工条件不同的多个特定区间的情况下，关于夹在两个特定区间中的区间的激光加工条件，也可以设定随着加工点的移动连续地从一方的特定区间的最佳激光加工条件向另一方的特定区间的最佳激光加工条件变化的条件。
另外，在本实施方式中也是，也可以是，具备温度检测单元26，所述温度检测单元26例如能够以与工件8非接触的方式检测在激光加工时沿着加工线移动的加工点的温度和加工点的附近的工件8的表面温度中的至少一方的温度，当在以由加工条件设定装置4设定出的激光加工条件对工件8进行激光加工中的某个时间点由温度检测单元26检测出的检测温度与针对设定出的激光加工条件下的模拟结果中包括的对应的位置预测出的预测温度、即本实施方式中的规定温度之间产生规定差以上的温度差的情况下，根据该温度差，通过来自控制部12的指令，以对由加工条件设定装置4设定出的激光加工条件中的至少一部分进行校正后的激光加工条件来继续激光加工。
接着，使用图14A和图14B来说明第二实施方式的三维激光加工系统100的具体的动作的一例。
图14A和图14B为表示第二实施方式的三维激光加工系统100的动作的一例的流程图。图14A和图14B所示的流程图与图12A和图12B所示的流程图不同之处在于图12A的流程图的步骤S108至步骤S110在图14A中置换为步骤S208至步骤S211这一点。因而，图14A和图14B中的步骤S201至步骤S207以及步骤S212至步骤S225与图12A和图12B中的步骤S101至步骤S107以及步骤S111至步骤S124相同。
即，图12A的流程图中的步骤S108至步骤S110的动作如下所述。加工条件设定控制部19判定热流体模拟部17中是否记录有相关数据(步骤S108)。在记录有相关数据的情况下，加工条件设定控制部19参照相关数据将在实际的激光加工中作为目标的规定温度置换为在非稳定热流体模拟中作为目标的规定温度(置换规定温度)(步骤S109)，考虑由移动状态模拟部16求出的相对移动条件，来临时设定激光加工条件(步骤S110)。在通过步骤S108判定为没有记录有相关数据的情况下，直接进入步骤S110。
与此相对地，图14A的流程图中的步骤S208至步骤S211的动作如下所述。首先，加工条件设定控制部19判定加工条件记录部24中是否记录有激光加工的种类与工件条件这两个条件一致的最佳激光加工条件(步骤S208)。其结果，在记录有这两个条件一致的最佳激光加工条件的情况下，加工条件设定控制部19对特定区间设定激光加工的种类与工件条件一致的最佳激光加工条件(步骤S209)，对没有被设定有激光加工条件的非特定区间临时设定激光加工条件(步骤S211)。另一方面，在通过步骤S208判定为没有记录有这两个条件一致的最佳激光加工条件的情况下，加工条件设定控制部19如上述的那样对特定区间设定根据记录的最佳激光加工条件中的条件最接近的两个最佳激光加工条件通过插值法或外推法求出的大致最佳激光加工条件(步骤S210)。之后，进入步骤S211。
第二实施方式的三维激光加工系统100按照步骤S201至步骤S225的步骤进行动作，由此除了第一实施方式的三维激光加工系统1的效果以外，还能够得到能够容易地设定如下的激光加工条件的效果：关于条件与加工条件记录部24中记录的最佳激光加工条件一致的部分，能够更可靠地得到良好的加工结果，并且关于工件条件接近的相邻区间，也能够得到良好的加工结果的可能性高。
<第三实施方式>
图15是表示本发明的第三实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
第三实施方式的三维激光加工系统200相对于图1所示的第一实施方式的三维激光加工系统1还具备测距单元25、温度检测单元26以及第一机器学习装置28。
测距单元25如前述的那样包括例如能够以与工件8非接触的方式测量加工头9的激光射出侧端面与加工点之间的距离的激光距离传感器等。另外，温度检测单元26如前述的那样包括例如能够以与工件8非接触的方式检测在激光加工时沿着加工线移动的加工点的温度与加工点的附近的工件8的表面温度中的至少一方的温度的热像仪等。
第一机器学习装置28至少具备第一状态观测部29、标签获取部30以及第一学习部31。第一状态观测部29被输入包括由加工条件设定部18设定出的激光加工条件和设定出的激光加工条件下的模拟结果的三维激光加工系统200的状态数据来作为输入数据。标签获取部30获取由温度检测单元26检测出的温度的时间变化数据来作为与答案数据相应的标签。第一学习部31通过输入大量的上述输入数据与上述标签的对(pair)，来学习输入数据与标签的关系。
第一学习部31例如具备误差计算部32和学习模型更新部33。误差计算部32计算针对上述输入数据的来自学习模型的输出与上述标签的误差。学习模型更新部33根据误差计算部32计算出的误差来更新学习模型。由此，第一学习部31能够进行学习。第一学习部31当进行学习时，能够使用学习结果针对新输入来的输入数据来预测由温度检测单元26检测的温度的时间变化数据。第一学习部31预测出的温度的时间变化数据被输入至加工条件设定装置4的加工条件设定控制部19。由此，加工条件设定装置4参照第一学习部31预测出的温度的时间变化数据来修正激光加工条件。
接着，使用图16A～图16D来说明第三实施方式的三维激光加工系统200的具体的动作的一例。
图16A～图16D是表示图15所示的三维激光加工系统200的动作的一例的流程图。
当三维激光加工系统200启动时，加工条件设定控制部19判定是否发出了实施激光加工的指令(步骤S301)。当发出激光加工实施指令时，加工条件设定控制部19主要从激光装置2的控制部12读入作为设定激光加工条件的对象的激光装置2、驱动装置3的性能、规格等装置信息，并且读入从指令输入部20指示的激光加工内容(步骤S302)。
通过加工条件设定控制部19的指令，从数据获取部21将定义有材质的热物理性质的工件8的三维CAD数据和加工头9的三维CAD数据读入至CAD数据记录部22(步骤S303)。接着，通过来自加工条件设定控制部19的指令，首先，移动状态模拟部16使用读入至加工条件设定控制部19中的装置信息、激光加工内容以及CAD数据记录部22中记录的工件8和加工头9的三维CAD数据，实施加工头9相对于工件8的相对移动状态的模拟，求出能够以最短时间结束激光加工的加工头9的相对移动条件(步骤S304)。
作为移动状态模拟的结果，加工条件设定控制部19判定加工头9是否能够以不与工件8发生干扰的方式移动(步骤S305)。在通过步骤S305判定为加工头9与工件8发生干扰的情况下，加工条件设定控制部19使显示部23显示由于加工头9与工件8发生干扰而无法执行所指示的激光加工(步骤S306)，之后，返回步骤S301，进行待机直至被输入新的激光加工实施指令。
另一方面，在通过步骤S305判定为加工头9能够以不与工件8发生干扰的方式移动的情况下，热流体模拟部17实施非稳定热流体模拟(步骤S307)。热流体模拟部17反复进行非稳定热流体模拟，直至获得在激光加工的执行中由温度检测单元26检测的温度的时间变化成为目标温度变化的激光加工条件为止、即在本实施方式中直至出现在激光加工的执行中由温度检测单元26检测的温度在各加工区间中成为接近规定温度的温度这个模拟结果为止，并且临时决定激光加工条件(步骤S308)。
接着，加工条件设定控制部19判断加工条件设定控制部19中记录的学习完毕标志是否为关(OFF)的状态，由此判定是否为第一学习部31的学习充分地进行了的状态(步骤S309)。如果学习完毕标志为关的状态，则第一学习部31的学习仍不充分，通过来自控制部12的指令，激光装置2以根据模拟结果由加工条件设定部18临时决定的激光加工条件来开始激光加工(步骤S310)。
在执行激光加工的过程中，始终监视并且判定是否由光检测单元11等检测到异常信号(步骤S311)。在此，在检测到异常信号的情况下，控制部12校正激光加工条件(步骤S312)，继续激光加工。详细地进行记载，该步骤S311和步骤S312为图12B的流程图中的步骤S117至步骤S122或者图14B的流程图中的步骤S218至步骤S223，但在图16A～图16D的流程图中，能够在三处(步骤S311和步骤S312、步骤S333和步骤S334、步骤S343和步骤S344)进行同样的动作，因此在此简略化地记载为两个步骤。
在执行激光加工的过程中，第一状态观测部29观测包括由加工条件设定部18设定出的激光加工条件以及设定出的激光加工条件下的模拟结果的三维激光加工系统200的状态数据(步骤S313)。接着，第一状态观测部29将观测到的状态数据输入至第一学习部31来作为输入数据(步骤S314)。标签获取部30获取由温度检测单元26检测出的温度的时间变化数据来作为答案数据(步骤S315)，并且，标签获取部30将答案数据输出至第一学习部31来作为标签(步骤S316)。
接着，第一学习部31判定是否已经构建用于根据输入数据表现标签的函数即学习模型(步骤S317)。在此，在判定为已经构建了学习模型的情况下，误差计算部32例如针对每个加工区间来计算针对输入数据的来自学习模型的输出与标签之间的误差(步骤S318)，学习模型更新部33根据误差计算部32计算出的误差来更新学习模型(步骤S320)。
接着，加工条件设定控制部19判定由误差计算部32计算出的误差的移动平均值(moving average)是否比目标值小(步骤S321)。在此，在判定为误差的移动平均值比目标值小的情况下，判断为由第一学习部31进行的学习充分地进行了，加工条件设定控制部19将记录的学习完成标志切换为开(ON)(步骤S322)。接着，控制部12判定所指示的激光加工是否结束(步骤S323)。在激光加工没有结束的情况下，返回步骤S311继续进行激光加工，在激光加工结束的情况下，控制部12判定是否对三维激光加工系统200发出了动作停止指令(步骤S346)。在发出了动作停止指令的情况下，控制部12结束三维激光加工系统200的动作，在没有发出动作停止指令的情况下，返回步骤S301，进行待机直至向指令输入部20输入新的激光加工实施指令为止。
在通过步骤S317判定为学习模型未构建的情况下，第一学习部31观察输入数据与标签的关系来构建学习模型的初始模型(步骤S319)，然后进入步骤S323。另外，在通过步骤S321判定为由误差计算部32计算出的误差的移动平均值比目标值大的情况下，也直接进入步骤S323。
如以上那样，重复步骤S301至步骤S321的动作，直至学习完成标志成为开的状态为止。通过该动作的重复，第一学习部31进行学习。
当通过步骤S309判定为学习完毕标志成为开的状态时，使用学习结果，进入针对新输入的输入数据预测答案数据的过程，第一状态观测部29观测包括加工条件设定部18设定出的激光加工条件以及设定出的激光加工条件下的模拟结果的三维激光加工系统的状态数据(步骤S324)。接着，第一状态观测部29将观测到的状态数据输出至第一学习部31来作为输入数据(步骤S325)。
第一学习部31使用学习结果即学习模型来预测在以激光加工条件执行激光加工的情况下由温度检测单元26检测的温度的时间变化数据(步骤S326)。加工条件设定控制部19按每个加工区间来对由第一学习部31预测出的温度的时间变化数据与用于得到良好的激光加工结果的目标温度的时间变化数据进行比较，判定预测温度与目标温度之差是否比规定差小(步骤S327)。
在关于全部的加工区间判定为预测温度与目标温度之差比规定差小的情况下，加工条件设定控制部19将加工条件设定部18设定出的激光加工条件决定为实际应用于激光加工的激光加工条件(步骤S328)。另一方面，在判定为存在预测温度与目标温度之差比规定差大的加工区间的情况下，加工条件设定控制部19参照由第一学习部31预测出的温度的时间变化数据来修正激光加工条件(步骤S329)。热流体模拟部17以修正后的激光加工条件来进行非稳定热流体模拟(步骤S330)，之后返回步骤S324。因此，能够关于全部的加工区间设定预测温度与目标温度之差比规定差小的激光加工条件。
当在步骤S328中决定了激光加工条件时，接着判定在第一学习部31中是否具有继续学习以提高预测精度的指令(步骤S331)。
在此，在判定为发出了学习继续的指令的情况下，通过由控制部12执行的步骤S332至步骤S334的动作以及由第一机器学习装置28执行的步骤S335至步骤S340的动作，能够使用第一学习部31的学习结果来决定激光加工条件，在进行激光加工的同时，第一学习部31继续学习。此外，步骤S332至步骤S340相当于从之前的步骤S310至步骤S320中仅去掉了与学习模型的构建有关的步骤S317和步骤S319的动作。
在通过步骤S340学习模型更新部33根据误差计算部32计算出的误差更新了学习模型后，接着，控制部12判定所指示的激光加工是否结束(步骤S341)。在判定为激光加工没有结束的情况下，返回步骤S333，继续进行激光加工，在判定为激光加工结束的情况下，控制部12判定是否对三维激光加工系统200发出了动作停止指令(步骤S346)。在判定为发出了动作停止指令的情况下，结束动作，在判定为没有发出动作停止指令的情况下，返回步骤S301，进行待机直至向指令输入部20输入新的激光加工实施指令为止。
在通过步骤S331判定为没有发出学习继续的指令的情况下，通过来自控制部12的指令，激光装置2开始激光加工(步骤S342)。在开始激光加工后，始终监视是否由光检测单元11等检测到异常的信号(步骤S343)。当检测到异常信号时，校正激光加工条件(步骤S344)，返回步骤S343继续进行激光加工，直至通过步骤S345判定为所指示的激光加工结束为止。在通过步骤S343没有检测到异常信号的情况下，在通过下一个步骤S345判定为所指示的激光加工结束之后，控制部12判定是否对三维激光加工系统200发出了动作停止指令(步骤S346)。在发出了动作停止指令的情况下，结束动作，在没有发出动作停止指令的情况下，返回步骤S301，进行待机直至向指令输入部20输入新的激光加工实施指令为止。
如以上的那样，反复进行非稳定热流体模拟直至在步骤S327中全部的加工区间的、预测温度与目标温度之差比规定差小为止，由此加工条件设定装置4能够修正激光加工条件使得温度的时间变化数据如目标所示的那样。因此，本实施方式的三维激光加工系统200即使针对具有复杂的形状这样的工件8也能够将加工点、加工点的附近的温度维持为目标温度，来进行激光加工。本实施方式的第一机器学习装置28观测激光加工条件和该激光加工条件下的模拟结果这两方来作为状态数据，由此模拟结果成为提示(hint)，因此相比于不观测模拟结果来作为状态数据的情况，能够比较容易地进行用于能够针对新的激光加工条件预测由温度检测单元26检测的温度的时间变化数据的学习。
此外，在本实施方式中，在检测到异常信号时校正激光加工条件的动作(步骤S311和步骤S312、步骤S333和步骤S334、步骤S343和步骤S344)如前述的那样简略化地进行了记载，但在本实施方式中也是，期望的是，与图12B的流程图中的步骤S117至步骤S122的动作或图14B的流程图中的步骤S218至步骤S223的动作同样地，在判定为在激光加工中由光检测单元11检测出的返回光的光量超过了容许水平的情况、由测距单元25测量出的加工头9与加工点之间的距离偏离规定距离的情况、由温度检测单元26检测出的加工点的温度或加工点的附近的表面温度偏离根据模拟结果预测出的温度的情况下，校正预先设定的激光加工条件中的至少一部分，以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
即使以参照第一学习部31预测出的温度的时间变化数据进行修正后决定出的激光加工条件进行加工，也具有由温度检测单元26检测的加工点的温度或加工点的附近的表面温度与预测出的温度不同的可能性。在如下情况下产生该可能性：第一学习部31的学习不充分的情况；即使第一学习部31的学习充分地进行了但激光装置2、驱动装置3的周边状态在激光加工中发生了变化的情况；工件8的表面状态出现偏差的情况。但是，即使加工点的温度或加工点的附近的表面温度与预测出的温度不同，根据本实施方式的三维激光加工系统200，也能够通过校正激光加工条件来抑制加工不良的产生。但是，期望的是，当在第一学习部31的学习中校正了激光加工条件的情况下，也观察校正后的激光加工条件作为状态数据来进行学习。
此外，如观察图16A～图16D的流程图可知的那样，当在步骤S319中学习完毕标志为开、不需要继续学习时，无需从标签获取部30获取标签，因此也能够去除标签获取部30。
<第四实施方式>
图17是表示本发明的第四实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
第四实施方式的三维激光加工系统300相对于第三实施方式的三维激光加工系统200还具备上级计算机34、上级网络35以及下级网络36。分别包括多台激光装置2、驱动装置3和第一机器学习装置28。一个第一机器学习装置28与多个激光装置2经由下级网络36连接，由此构成一个制造单元(manufacturing cell)37。激光装置2分别至少具备一个激光振荡器5、控制部12以及射出来自激光振荡器5的激光输出的至少一个加工头。
另外，多个制造单元37与上级计算机34经由上级网络35连接。上级计算机34作为加工条件设定装置4中的至少热流体模拟部17发挥功能，至少作为热流体模拟部17进行的非稳定热流体模拟的模拟条件的激光加工条件以及至少作为非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的预测为由温度检测单元检测的温度的时间变化数据经由上级网络35和下级网络36被输入至第一机器学习装置28的第一状态观测部29。在本实施方式中，上级计算机34具有实现热流体模拟部17和移动状态模拟部16的功能的结构。
由温度检测单元检测出的温度的时间变化数据经由下级网络36输入至第一机器学习装置28的标签获取部30。由此，经由上级网络35与下级网络36在多个第一学习部31间共享学习模型。
此外，为了避免附图的复杂化，在图17中，关于激光装置2省略了除了控制部12和激光振荡器5以外的功能块。关于加工条件设定装置4，也省略了除了加工条件设定控制部19、移动状态模拟部16、热流体模拟部17、加工条件设定部18以外的功能块。
需要通过实时地处理由温度检测单元检测出的温度的时间变化数据即标签来进行学习的第一机器学习装置28与连接有数台至数十台的激光装置2的也称作雾网络的下级网络36连接。由与上级网络35连接的云服务器等上级计算机34来进行不那么要求实时性但计算负荷非常大的非稳定热流体模拟，由此能够兼顾所要求的处理的实时性和大规模处理能力。
<第五实施方式>
图18是表示本发明的第五实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
第五实施方式的三维激光加工系统400相对于图1所示的第一实施方式的三维激光加工系统1而言还具备在线图像监视装置38和第二机器学习装置39。三维激光加工系统400在加工头9还具有图1中没有示出的测距单元25。
在线图像监视装置38为能够获取工件8的图像数据的装置。工件8的图像数据为表示工件8的激光加工中的部分和刚被进行激光加工后的部分中的至少任一部分的工件8的表面或工件8的内部的二维形状或三维形状的图像数据。
具体地说，在线图像监视装置38为数字二维摄像装置、CCD测量显微镜、白光干涉仪、激光显微镜(形状测量显微镜)、非接触三维测量装置、包括光源和红外线照相机的光激励无损检查装置、超声波探伤试验装置、感应加热式无损检查装置、X射线透射摄像装置、放射线透射摄像装置、声发射试验装置等。在线图像监视装置38在激光加工中实时地监视由激光照射引起的熔融池(熔融部与固体部分的固液界面)、熔融池内的气泡、锁孔(keyhole)、激光诱导羽流、激光诱导等离子体等的形状。
在激光加工的种类为切割的情况下，在线图像监视装置38还用于监视利用激光形成的切割面的平滑度或表面粗糙度、切割部附近正背面的串珠状附着物(浮渣)的每单位切割长度的体积、背面的每单位面积的溅射附着量、切割面的氧化皮(氧化物)色浓度、切割尺寸/形状精度、切割面的垂直度等、表示激光加工的结果的形状。另外，在激光加工的种类为焊接的情况下，在线图像监视装置38也用于监视通过激光形成的焊接部的裂纹、多孔性、气孔(blow hole)、针孔、熔化不良(日语：溶け込み不良)、熔合不良、底切/搭接(日语：アンダーカット·オーバーラップ)、隆起等表示激光加工的结果的形状。
第二机器学习装置39具备第二状态观测部40、判定数据获取部41、第二学习部42以及意志决定部43。第二状态观测部40观测至少包括由加工条件设定部18设定出的激光加工条件以及作为设定出的激光加工条件下的模拟结果的与图像数据对应的工件8的形状数据的三维激光加工系统400的内外的状态，并且作为状态数据输出。判定数据获取部41获取由在线图像监视装置38得到的时间序列的图像数据，输出获取到的图像数据与预先记录的被给出评价分数的样本图像数据的比较结果作为判定数据。第二学习部42接收来自第二状态观测部40和判定数据获取部41的输出。意志决定部43基于第二学习部42的学习结果即价值函数来决定从第二学习部42输出的激光加工条件。
另外，第二学习部42具备根据判定数据计算报酬的报酬计算部44以及基于计算出的报酬来逐次更新价值函数的价值函数更新部45。第二学习部42将从意志决定部43输出的激光加工条件与从第二状态观测部40输入的状态数据及从判定数据获取部41输入的判定数据进行关联，基于判定数据，通过试错的方式来学习各状态下的最佳的激光加工条件。
接着，使用图19A～图19D来说明第五实施方式的三维激光加工系统400的具体的动作的一例。图19A～图19BD为表示第五实施方式的三维激光加工系统400的动作的一例的流程图。
当三维激光加工系统400启动时，加工条件设定控制部19判定是否发出了实施激光加工的指令(步骤S401)。当发出激光加工实施指令时，加工条件设定控制部19主要从激光装置2的控制部12读入作为设定激光加工条件的对象的激光装置2、驱动装置3的性能、规格等装置信息，并且读入从指令输入部20指示的激光加工内容(步骤S402)。
接着，通过加工条件设定控制部19的指令，从数据获取部21向CAD数据记录部22读入定义有材质的热物理性质的工件8的三维CAD数据和加工头9的三维CAD数据(步骤S403)。之后，通过来自加工条件设定控制部19的指令，首先移动状态模拟部16使用加工条件设定控制部19读入的装置信息、激光加工内容以及CAD数据记录部22中记录的工件8及加工头9的三维CAD数据，实施加工头9相对于工件8的相对移动状态的模拟，求出能够以最短时间结束激光加工的加工头9的相对移动条件(步骤S404)。
作为移动状态模拟的结果，加工条件设定控制部19判定加工头9是否能够以不与工件8发生干扰的方式移动(步骤S405)。其结果，在判定为发生干扰的情况下，加工条件设定控制部19使显示部23显示由于加工头9与工件8发生干扰而无法实施所指示的激光加工(步骤S406)，之后，返回步骤S401，进行待机直至被输入新的激光加工实施指令为止。另一方面，在通过步骤S405判定为加工头9能够以不与工件8发生干扰的方式移动的情况下，热流体模拟部17以由加工条件设定控制部19临时设定的激光加工条件来实施非稳定热流体模拟(步骤S407)，将进行了非稳定热流体模拟的激光加工条件临时决定为激光加工条件(步骤S408)。
此外，本实施方式的三维激光加工系统400也可以为了由加工条件设定控制部19临时设定激光加工条件而如第二实施方式的三维激光加工系统100那样具备加工条件记录部来参照加工条件记录部中记录的既得最佳激光加工条件，所述加工条件记录部按激光加工的每个种类记录有对于包括板状工件的材质和厚度的工件条件而言实质上最佳的既得最佳激光加工条件。
接着，第二状态观测部40观测包括由加工条件设定部18临时决定出的激光加工条件以及作为临时决定出的激光加工条件下的模拟结果的与图像数据对应的工件8的形状数据的三维激光加工系统400的内外的状态(步骤S409)。第二状态观测部40观测到的状态数据被输出至第二学习部42(步骤S410)。第二学习部42针对从第二状态观测部40输入的状态数据，基于第二学习部42的学习结果即价值函数，参照预先记录的被给出评价分数的样本图像数据，预测被估计为使由在线图像监视装置38得到的时间序列的图像数据成为评价分数高的图像数据的激光加工条件(步骤S411)。之后，意志决定部43决定要输出的激光加工条件，将该决定出的激光加工条件经由加工条件设定控制部19输出至控制部12，开始激光加工(步骤S412)。
当开始激光加工时，在激光加工中，控制部12根据由光检测单元11得到的返回光的检测结果来监视是否需要抑制返回光的光量。在通过步骤S414判定为返回光的光量超过了容许水平的情况下，例如通过来自控制部12的指令，进行激光加工条件的校正，如降低激光输出以降低返回光的光量并且也降低加工头9相对于工件8的相对移动速度、使得尽可能将加工点或加工点的附近的温度维持为规定温度等(步骤S415)，之后，进入步骤S416。
在通过步骤S414判定为返回光的光量没有超过容许水平的情况下，直接进入步骤S416。在步骤S416中，控制部12判定从预先设定的激光加工条件来看由测距单元25测量出的从加工头9的激光射出侧端面至加工点为止的距离是否正常。其结果，在判定为不正常的情况下，控制部12基于由测距单元25得到的测量结果来校正加工头9的相对移动条件，以使从加工头9的激光射出侧端面至加工点为止的距离为规定的距离(步骤S417)，之后，进入步骤S418。在通过步骤S416判定为正常的情况下，直接进入步骤S418。
在步骤S418中，加工条件设定控制部19判定加工条件设定控制部19中记录的学习完毕标志是否为关的状态。如果学习完毕标志为关的状态，则第二机器学习装置39仍在学习中。判定数据获取部41获取在激光加工中由在线图像监视装置38得到的时间序列的图像数据，并且将该图像数据与预先记录的被给出评价分数的样本图像数据比较来进行评价(步骤S419)。之后，判定数据获取部41将通过步骤S419得到的时间序列的图像数据的评价分数输出至第二学习部42来作为判定数据(步骤S420)。
接着，第二学习部42判定作为判定数据被输入至第二学习部42的图像数据的评价分数是否比预先设定的合格分数高(步骤S421)。其结果，在评价分数比合格分数高的情况下，报酬计算部44根据评价分数与合格分数之差，以差越大则为越大的正的报酬的方式计算报酬。另一方面，在评价分数比合格分数低的情况下，控制部12实时地校正激光加工条件(步骤S423)。之后，报酬计算部44根据评价分数与合格分数之差，以差越大则为越大的负的报酬的方式计算报酬。
当计算报酬时，价值函数更新部45基于计算出的报酬，逐次更新价值函数(步骤S425)。此外，在由控制部12暂时地校正了激光加工条件的情况下，期望将与以由控制部12校正后的激光加工条件被进行了激光加工的加工区间对应的图像数据从计算报酬的对象中去除。
接着，判定报酬计算部44计算出的最新的规定个数的报酬的平均值即报酬的移动平均值是否比预先设定的目标值大(步骤S426)。其结果，在判定为报酬的移动平均值比目标值大的情况下，判断为由第二学习部42进行的学习充分地进行了，加工条件设定控制部19将加工条件设定控制部19中记录的学习完毕标志切换为开(步骤S427)。接着，控制部12判定所指示的激光加工是否结束(步骤S428)。在此，在判定为激光加工没有结束的情况下，返回步骤S414继续激光加工。另一方面，在判定为激光加工结束的情况下，控制部12判定是否对三维激光加工系统400发出了动作停止指令(步骤S429)。在判定为发出了动作停止指令的情况下，结束动作，在判定为没有发出动作停止指令的情况下，返回步骤S401，进行待机直至向指令输入部20输入新的激光加工实施指令为止。
如以上的那样，反复进行步骤S401至步骤S429的动作，直至学习完毕标志为开的状态为止，由此第二学习部42将从意志决定部43输出的激光加工条件与从第二状态观测部40输入的状态数据及从判定数据获取部41输入的判定数据进行关联，基于判定数据来通过试错的方式学习各状态下的最佳的激光加工条件。
第二学习部42通过机器学习进行学习，由此能够输出使由在线图像监视装置38拍摄到的时间序列的图像数据同与良好的激光加工结果直接有关的被给出高评价分数的样本图像数据一致这样的激光加工条件。另外，通过观测包括激光加工条件以及作为该激光加工条件下的模拟结果的与图像数据对应的工件8的形状数据的状态数据，当改变激光加工条件的某个条件时，激光加工时或刚进行激光加工后的工件形状如何变化这个模拟结果成为提示，因此能够高效地进行各状态下的最佳的激光加工条件的学习。
此外，在通过步骤S418判定为学习完毕标志为开的情况下，也可以直接进入步骤S428，不进行由判定数据获取部41进行的判定数据的获取、由报酬计算部44进行的报酬的计算，但即使学习完毕，也可以基于由在线图像监视装置38得到的时间序列的图像数据来继续发挥校正激光加工条件的功能。
在该情况下，当在步骤S418中加工条件设定控制部19判定为学习完毕标志为开时，判定是否发出了关于是否继续基于图像数据校正激光加工条件的功能的指令(步骤S430)。其结果，在发出了继续校正功能的指令的情况下，判定数据获取部41继续获取在激光加工中由在线图像监视装置38得到的时间序列的图像数据，将该图像数据与预先记录的被给出了评价分数的样本图像数据比较来进行评价(步骤S431)，输出时间序列的图像数据的评价分数并最终将其输入至控制部12(步骤S432)。接着，控制部12判定图像数据的评价分数是否比合格分数低(步骤S433)。在判定为评价分数比合格分数低的情况下，可以实时地校正激光加工条件(步骤S434)，之后，进入步骤S428。在通过步骤S433判定为图像数据的所述评价分数比合格分数高的情况下，直接进入步骤S428。
此外，关于根据图像数据的评价分数来判断是否校正激光加工条件的判断基准，在本实施方式中，将评价分数与合格分数进行比较，通过该大小关系进行判定。但是，为了进行关于是否校正激光加工条件的判断而与评价分数比较大小的分数不需与判定是否学习完毕时的合格分数一致，例如也可以设定为比判定是否学习完毕时的合格分数低的点数。
通过继续发挥基于图像数据来校正激光加工条件的功能，当第二学习部42的学习不充分或者即使第二学习部42的学习充分但在激光加工中激光装置2、驱动装置3的周边状态发生变化或工件8的表面状态出现偏差时，在以从第二机器学习装置39输出的激光加工条件进行的加工中，有可能图像数据些微地偏离评价分数高的样本图像数据。但是，通过校正激光加工条件，能够抑制加工不良的产生。
另外，在校正激光加工条件的情况下，例如，既可以参照第二学习部42的学习结果也可以具备温度检测单元并参考其检测结果，来使得能够判定应该提高还是降低激光输出。另外，例如，也可以另外具备等离子体光检测单元，参考检测出的等离子体的强度，来校正激光加工条件。
此外，在本实施方式中，在决定最佳的激光加工条件的过程中，相比于第三实施方式的三维激光加工系统200，实施非稳定热流体模拟的次数少的理由是因为：工件8的温度上升，使得工件8从固体相变为液体、气体、或相当于进一步电离而成的气体的等离子体，考虑了熔融部中的液相的流动、等离子体的产生等的严格的非稳定热流体模拟的计算负荷非常大。
<第六实施方式>
图20是表示本发明的第六实施方式的三维激光加工系统的概念性的结构的框图。
第六实施方式的三维激光加工系统500相对于第五实施方式的三维激光加工系统400还具备上级计算机34、上级网络35以及下级网络36。分别包括多台激光装置2、驱动装置3和第二机器学习装置39。一个第二机器学习装置39与多个激光装置2经由下级网络36连接，由此构成一个制造单元370。激光装置2分别具备至少一个激光振荡器5、控制部12、射出来自激光振荡器5的激光输出的至少一个加工头。
另外，多个制造单元370与上级计算机34经由上级网络35连接。上级计算机34作为加工条件设定装置4中的至少热流体模拟部17发挥功能。至少作为由热流体模拟部17进行的非稳定热流体模拟的模拟条件的激光加工条件以及至少作为非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的与图像数据对应的工件8的形状数据经由上级网络35和下级网络36输入至第二机器学习装置39的第二状态观测部40。在本实施方式中，上级计算机34具有实现热流体模拟部17和移动状态模拟部16的功能的结构。
由在线图像监视装置拍摄到的图像数据经由下级网络36输入至第二机器学习装置39的判定数据获取部41，经由上级网络35和下级网络36在多个第二学习部42间共享价值函数。
此外，为了避免附图的复杂化，在图20中，关于激光装置2省略了除了控制部12和激光振荡器5以外的功能块。另外，关于加工条件设定装置4，也省略了除了加工条件设定控制部19、移动状态模拟部16、热流体模拟部17、加工条件设定部18以外的功能块。
第六实施方式的三维激光加工系统将由在线图像监视装置拍摄到的时间序列的图像数据实时地加工为判定数据，如果需要，则校正激光加工条件，通过报酬计算部计算报酬。需要根据报酬来更新价值函数的第二机器学习装置39与连接有数台至数十台的激光装置2的也称作雾网络的下级网络36连接。由与上级网络35连接的云服务器等上级计算机34来进行不那么要求实时性但计算负荷非常大的非稳定热流体模拟。由此，第六实施方式的三维激光加工系统能够兼顾所要求的处理的实时性和大规模处理能力。

Claims (16)

1.一种加工条件设定装置，具备：
移动状态模拟部，其使用包括材质信息的工件的三维CAD数据以及至少包括加工头的外形形状和从所述加工头射出的激光的光轴相对于所述加工头的所述外形形状的相对位置的信息的所述加工头的三维CAD数据，将在虚拟空间内由所述工件的所述三维CAD数据定义的所述工件的加工表面与所述加工头的所述光轴的交点作为加工点，在所述加工头在所述虚拟空间内沿着加工线以所述加工头的所述光轴相对于穿过所述加工点的垂直于所述加工表面的法线及所述加工线保持规定的角度且所述加工头的激光射出侧端面与所述加工点之间的距离保持规定的距离的状态相对于所述工件相对地移动的条件下，对至少包括所述加工头相对于所述工件的相对位置、相对移动速度的时间变化的状态在内的所述加工头的移动状态进行模拟，其中，所述材质信息中定义有至少包括导热率、比热以及密度的热物理性质，所述加工线是被设定为所述加工头相对于所述工件相对地移动时的所述加工点的轨迹的加工线；
热流体模拟部，其实施非稳定热流体模拟，所述非稳定热流体模拟用于求出根据射出激光的所述加工头的移动而变化的、至少包括所述工件的一部分的区域的温度分布；以及
加工条件设定部，其基于由所述移动状态模拟部和所述热流体模拟部得到的模拟结果，在实际的激光加工前预先设定至少包括所述加工头的相对移动条件和激光输出条件的激光加工条件。
2.一种三维激光加工系统，具备：
根据权利要求1所述的加工条件设定装置；
激光装置，其具有：至少一个激光振荡器；电源部，其向所述激光振荡器供给用于激光振荡的电力；激光光学系统，其用于使从所述激光振荡器射出的激光传播至所述加工头；至少一个光检测单元，其能够检测在所述激光光学系统中传输的来自所述激光振荡器的激光输出光和在所述激光光学系统中向与所述激光输出光相反的方向传输的返回光中的至少一方的光；以及控制部，其至少接收来自所述加工条件设定部和所述光检测单元的输出信号，并输出至少包括针对所述电源部的电力输出指令的控制信号；以及
驱动装置，其接收来自所述控制部的控制信号，使所述加工头相对于所述工件相对地移动。
3.根据权利要求2所述的三维激光加工系统，其特征在于，
具备至少一个能够检测所述返回光的所述光检测单元，
在所述控制部根据由所述光检测单元检测出的所述返回光的检测结果而判定为需要抑制所述返回光的光量的情况下，从所述控制部向所述电源部和所述驱动装置输出所述控制信号，使得至少暂时地变更由所述加工条件设定部预先设定的激光加工条件，变更所述激光输出条件和所述加工头相对于所述工件的所述相对移动速度这两方的激光加工条件，来满足所述加工点的温度或所述加工点的附近的所述工件的温度能够维持为接近目标温度的温度的条件。
4.根据权利要求2或3所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备测距单元，所述测距单元能够测量所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离，
所述控制部具有如下的功能：在实际地进行激光加工时，基于由所述测距单元得到的测量结果，来对基于所述加工头移动模拟的结果预先设定的所述激光加工条件中的至少所述加工头的所述相对移动条件进行校正。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备温度检测单元，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，
所述控制部具有如下的功能：当在以由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生温度差的情况下，所述控制部根据所述温度差来对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，
所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述热流体模拟部将来自所述加工头的激光对所述工件的照射效果设为仅存在通过向所述工件的热量输入引起的所述工件的温度上升，基于所述工件不发生相变这个假设，来实施所述非稳定热流体模拟。
7.根据权利要求6所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述加工条件设定装置对所述加工线中的至少一部分的加工区间设定如下的激光加工条件：无论所述加工头相对于所述工件相对地移动的所述相对移动速度如何，均能够得到所述加工点的温度和所述加工点的附近的温度中的至少一方的温度成为规定温度这个模拟结果。
8.根据权利要求7所述的三维激光加工系统，其特征在于，
在所述热流体模拟部中记录有相关数据，所述相关数据表示由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的所述加工点或所述加工点的附近的温度与在以所述激光加工条件实际地进行激光加工时测量出的对应的位置的温度的相关性，
所述热流体模拟部参照所述相关数据，针对在实际的激光加工中作为目标的所述规定温度，决定在所述非稳定热流体模拟中作为目标的置换规定温度，来实施所述非稳定热流体模拟。
9.根据权利要求7所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述加工条件设定装置还具备加工条件记录部，
在所述加工条件记录部中，按激光加工的每个种类，记录有针对至少包括板状工件的材质和厚度的工件条件而言实质上最佳的既得最佳激光加工条件，所述既得最佳激光加工条件至少包括激光输出、加工点相对于所述板状工件的所述相对移动速度以及所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离来作为激光加工条件，
关于对所述工件设定的所述加工线中的所述加工线为直线状并且沿着所述加工线的所述工件的壁厚固定的区间中的至少一部分的特定区间，所述加工条件设定部从所述加工条件记录部中记录的所述既得最佳激光加工条件中设定工件条件一致或大致一致的大致最佳激光加工条件，关于所述特定区间以外的所述加工线的区间中的、至少与所述特定区间相邻的加工线的区间中的至少一部分的区间，所述加工条件设定部将作为对所述特定区间设定的所述大致最佳激光加工条件下的所述模拟结果而得到的、所述加工点或所述加工点的附近的温度设为所述规定温度，设定使通过所述非稳定热流体模拟求出的所述加工点或所述加工点的附近的温度与所述特定区间同样地成为所述规定温度的激光加工条件。
10.根据权利要求6至9中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备温度检测单元，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，
所述控制部具有如下的功能：当在以由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生温度差的情况下，所述控制部根据所述温度差，对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，
所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
11.根据权利要求6所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备温度检测单元和第一机器学习装置，
所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，
所述第一机器学习装置具有：
第一状态观测部，其至少被输入所述三维激光加工系统的状态数据来作为输入数据，所述状态数据包括由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件以及设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果；
标签获取部，其获取由所述温度检测单元检测出的所述温度的时间变化数据来作为答案数据即标签；以及
第一学习部，其被输入大量的所述输入数据与所述标签的对，由此学习所述输入数据与所述标签的关系，
其中，所述第一学习部使用学习结果，针对新输入的输入数据，预测由所述温度检测单元检测的所述温度的时间变化数据，
所述加工条件设定装置参照所述第一学习部预测出的所述温度的时间变化数据来修正所述激光加工条件。
12.根据权利要求11所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述控制部具有如下的功能：当在以所述加工条件设定装置参照所述第一学习部预测出的所述温度的所述时间变化数据修正后的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间的温度差比规定温度差大时，所述控制部根据所述温度差，对由所述加工条件设定装置修正后的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对修正后的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，
所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
13.根据权利要求11或12所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备上级计算机、上级网络以及下级网络，
通过所述第一机器学习装置与多个所述激光装置经由所述下级网络连接来构成制造单元，
多个所述制造单元与所述上级计算机经由所述上级网络连接，
所述上级计算机作为所述加工条件设定装置中的至少所述热流体模拟部发挥功能，
至少作为由所述热流体模拟部进行的所述非稳定热流体模拟的模拟条件的所述激光加工条件以及至少作为所述非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的预测为由所述温度检测单元检测出的温度的时间变化数据经由所述上级网络和所述下级网络被输入至所述第一机器学习装置的所述第一状态观测部，
由所述温度检测单元检测出的所述温度的时间变化数据经由所述下级网络被输入至所述第一机器学习装置的所述标签获取部，
经由所述上级网络和所述下级网络在多个所述第一学习部间共享学习模型。
14.根据权利要求2至4中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备至少一个以上的在线图像监视装置以及第二机器学习装置，
其中，所述在线图像监视装置能够获取图像数据，所述图像数据表示所述工件的激光加工中的部分和刚进行激光加工后的部分中的至少任一部分的、所述工件的表面或所述工件的内部的二维形状或三维形状，
所述第二机器学习装置具有：
第二状态观测部，其观测所述三维激光加工系统的内外的状态来作为状态数据输出，所述三维激光加工系统的内外的状态至少包括由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件以及作为设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果的与所述图像数据对应的所述工件的形状数据；
判定数据获取部，其获取由所述在线图像监视装置得到的时间序列的图像数据，并且输出该图像数据与预先记录的被给出评价分数的样本图像数据的比较结果来作为判定数据；
第二学习部，其接收来自所述第二状态观测部和所述判定数据获取部的输出；以及
意志决定部，其基于所述第二学习部的学习结果即价值函数，决定从所述第二学习部输出的激光加工条件，
并且，所述第二学习部具有：
报酬计算部，其根据所述判定数据来计算报酬；以及
价值函数更新部，其基于所述报酬来逐次更新所述价值函数，
所述第二学习部将从所述意志决定部输出的激光加工条件与从所述第二状态观测部输入的所述状态数据及从所述判定数据获取部输入的所述判定数据进行关联，基于所述判定数据来通过试错的方式学习各状态下的最佳的激光加工条件。
15.根据权利要求14所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述控制部具有如下的功能：当在以从所述第二机器学习装置输出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工的过程中、所述判定数据获取部将由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据与被给出评价分数的所述样本图像数据进行比较并且输出由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据的评价分数比规定分数低这个判定数据时，所述控制部对从所述第二机器学习装置输出的原来的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，
所述激光装置以校正后的激光加工条件来继续进行激光加工。
16.根据权利要求14或15所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备上级计算机、上级网络以及下级网络，
通过所述第二机器学习装置与多个所述激光装置经由所述下级网络连接来构成制造单元，
多个所述制造单元与所述上级计算机经由所述上级网络连接，
所述上级计算机作为所述加工条件设定装置中的至少所述热流体模拟部发挥功能，
至少作为由所述热流体模拟部进行的所述非稳定热流体模拟的模拟条件的所述激光加工条件以及至少作为所述非稳定热流体模拟的模拟结果的一部分的与所述图像数据对应的所述工件的所述形状数据经由所述上级网络和所述下级网络被输入至所述第二机器学习装置的所述第二状态观测部，
由所述在线图像监视装置拍摄到的所述图像数据经由所述下级网络被输入至所述第二机器学习装置的所述判定数据获取部，
经由所述上级网络和所述下级网络在多个所述第二学习部间共享所述价值函数。
CN201911032722.4A 2018-10-30 2019-10-28 加工条件设定装置和三维激光加工系统 Active CN111198538B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-204157 2018-10-30
JP2018204157A JP6795567B2 (ja) 2018-10-30 2018-10-30 加工条件設定装置及び三次元レーザ加工システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111198538A CN111198538A (zh) 2020-05-26
CN111198538B true CN111198538B (zh) 2024-04-02

Family

ID=70328028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911032722.4A Active CN111198538B (zh) 2018-10-30 2019-10-28 加工条件设定装置和三维激光加工系统

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11167377B2 (zh)
JP (1) JP6795567B2 (zh)
CN (1) CN111198538B (zh)
DE (1) DE102019216315B4 (zh)

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10556419B2 (en) * 2016-10-10 2020-02-11 Xerox Corporation System and method for missing ejector compensation in three-dimensional object printing
AT16425U1 (de) * 2017-12-14 2019-08-15 Wittmann Kunststoffgeraete Verfahren zur Validierung von programmierten Ablaufsequenzen oder
WO2019215798A1 (ja) * 2018-05-07 2019-11-14 三菱電機株式会社 レーザ装置、レーザ加工機およびレーザ装置の出力制御方法
JP7074718B2 (ja) * 2019-04-26 2022-05-24 ファナック株式会社 加工支援装置、数値制御装置、及び加工支援システム
US11999014B2 (en) * 2019-11-22 2024-06-04 Medtronic, Inc. Laser cutting system
IT201900025093A1 (it) * 2019-12-20 2021-06-20 Adige Spa Procedimento per una lavorazione laser
CN111679632A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 上海柏楚电子科技股份有限公司 切割控制的处理方法、装置、电子设备与存储介质
JP2022017863A (ja) * 2020-07-14 2022-01-26 株式会社東京精密 レーザ加工装置、ウェーハ加工システム及びレーザ加工装置の制御方法
CN111781897B (zh) * 2020-07-14 2022-07-19 上海柏楚电子科技股份有限公司 加工控制方法、控制装置、加工控制系统及存储介质
EP3984686A1 (de) * 2020-10-16 2022-04-20 Bystronic Laser AG Verfahren, regelungseinheit und laserschneidsystem für kombinierte bahn- und laserprozessplanung für hochdynamische echtzeit-systeme
CN115916451B (zh) * 2020-10-16 2024-02-20 百超激光有限公司 用于计算空间和时间分辨的、组合的设定点数据集的方法、控制单元和激光切割系统
JP2022095433A (ja) * 2020-12-16 2022-06-28 キヤノン株式会社 光学機器および生成方法
EP4016215A1 (en) * 2020-12-18 2022-06-22 Bystronic Laser AG Additional verification of workpiece properties for a laser cutting machine
DE112021007455T5 (de) * 2021-04-06 2024-01-18 Mitsubishi Electric Corporation Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren
KR102500441B1 (ko) * 2021-11-24 2023-02-16 이민우 가공품 형상 분석 기반의 지능형 가공 제어 장치 및 방법
JPWO2023149458A1 (zh) * 2022-02-02 2023-08-10
JP2023125712A (ja) * 2022-02-28 2023-09-07 川崎重工業株式会社 情報処理装置
CN114891995B (zh) * 2022-05-20 2024-03-15 西安必盛激光科技有限公司 一种动态控制激光淬火参数的方法
CN115138991B (zh) * 2022-07-26 2024-10-11 华中科技大学 品字形布局三激光头切割落料线误差动态补偿方法及系统
WO2024063096A1 (ja) * 2022-09-20 2024-03-28 モルゲンロット株式会社 情報処理システム、情報処理方法及びプログラム
WO2024111031A1 (ja) * 2022-11-21 2024-05-30 ファナック株式会社 加工状態予測装置及び加工制御装置
WO2024112718A1 (en) * 2022-11-21 2024-05-30 University Of Virginia Patent Foundation System and method for local pore detection in laser powder bed fusion additive manufacturing
CN117095247B (zh) * 2023-10-20 2023-12-26 广东德力宏展智能装备有限公司 基于数控加工的加工姿态运行优化方法、系统及介质

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06202727A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Mitsubishi Electric Corp 三次元レーザ加工機用シミュレーション装置
JP2003311450A (ja) * 2002-04-23 2003-11-05 Matsushita Electric Works Ltd ３次元レーザ加工データ作成方法と同データ作成プログラム及び同データ作成プログラムを記録した媒体並びに同加工方法及び装置
JP2004351450A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Yaskawa Electric Corp 回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置およびその方法
CN101004595A (zh) * 2007-01-19 2007-07-25 中国科学院力学研究所 飞机外壳成形件激光精调方法
CN102303179A (zh) * 2011-08-23 2012-01-04 西安交通大学 Co2气体保护焊模拟器中焊枪喷嘴空间位置的检测方法
CN106898179A (zh) * 2017-02-13 2017-06-27 武汉科码软件有限公司 焊接模拟器
CN108235695A (zh) * 2015-10-21 2018-06-29 双叶产业株式会社 加工装置以及程序

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2708195B2 (ja) 1988-10-13 1998-02-04 株式会社アマダ ３次元レーザ加工機用ティーチング方法およびその装置
JP2868343B2 (ja) 1991-09-25 1999-03-10 松下電工株式会社 三次元レーザ加工機のオフライン教示方法
KR100201020B1 (ko) * 1994-03-11 1999-06-15 모리시타 요이찌 컴퓨터시뮬레이션부착 nc제어미세가공방법과 이 방법에 사용하는 장치
US5552575A (en) 1994-07-15 1996-09-03 Tufts University Scan welding method and apparatus
JP3235389B2 (ja) * 1995-01-31 2001-12-04 三菱電機株式会社 レーザ加工装置および加工方法
JP3185580B2 (ja) * 1995-01-31 2001-07-11 三菱電機株式会社 レーザ加工装置および加工方法
JP3257924B2 (ja) 1995-05-02 2002-02-18 株式会社日平トヤマ 三次元レーザ加工機における法線検出方法およびその装置
JPH1085967A (ja) * 1996-09-20 1998-04-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd レーザ誘起プラズマ検出方法とそれを用いるレーザ制御方法およびレーザ加工機
JP3338373B2 (ja) 1998-06-05 2002-10-28 株式会社アマダ 板金加工統合支援システム
JP4280338B2 (ja) 1998-10-12 2009-06-17 株式会社アマダ Ｙａｇレーザ加工機のティーチング方法およびその装置
GB2377664A (en) * 2001-06-22 2003-01-22 Nippei Toyama Corp Laser beam machining apparatus and laser beam machining method
JP4020099B2 (ja) 2004-05-20 2007-12-12 株式会社デンソー レーザ加工方法
US8134098B2 (en) * 2007-09-28 2012-03-13 Sugino Machine Limited Laser machining apparatus using laser beam introduced into jet liquid column
JP5106429B2 (ja) * 2009-01-13 2012-12-26 三菱電機株式会社 加工装置及び加工装置用プログラム
JP5172041B2 (ja) * 2009-07-20 2013-03-27 プレシテック カーゲー レーザ加工ヘッドおよびレーザ加工ヘッドの焦点位置の変化を補償するための方法
US8330075B2 (en) * 2009-08-22 2012-12-11 Chung-Shan Institute Of Science And Technology, Armaments Bureau, Ministry Of National Defense Control method of optical cutting
DE102011003717A1 (de) * 2011-02-07 2012-08-09 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und insbesondere zur Regelung eines Laserschneidprozesses
JP5971001B2 (ja) * 2012-07-24 2016-08-17 村田機械株式会社 熱切断加工機の素材熱伝播シミュレーション装置
JP6625914B2 (ja) 2016-03-17 2019-12-25 ファナック株式会社 機械学習装置、レーザ加工システムおよび機械学習方法
JP6328683B2 (ja) * 2016-04-12 2018-05-23 ファナック株式会社 小型チラーが使用可能なレーザ装置
JP6363680B2 (ja) * 2016-11-16 2018-07-25 ファナック株式会社 レーザ装置
BE1025957B1 (fr) * 2018-01-26 2019-08-27 Laser Engineering Applications Méthode pour la détermination de paramètres d'usinage laser et dispositif d'usinage laser utilisant ladite méthode
JP6767416B2 (ja) * 2018-03-26 2020-10-14 ファナック株式会社 加工条件調整装置及び機械学習装置
JP6923484B2 (ja) * 2018-05-15 2021-08-18 ファナック株式会社 加工条件調整装置及び機械学習装置
WO2019244484A1 (ja) * 2018-06-22 2019-12-26 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
JP6975190B2 (ja) * 2019-02-26 2021-12-01 ファナック株式会社 機械学習装置、レーザ加工装置及びレーザ加工システム
JP6923585B2 (ja) * 2019-03-18 2021-08-18 ファナック株式会社 機械学習装置、制御装置、レーザ加工機、及び機械学習方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06202727A (ja) * 1992-12-28 1994-07-22 Mitsubishi Electric Corp 三次元レーザ加工機用シミュレーション装置
JP2003311450A (ja) * 2002-04-23 2003-11-05 Matsushita Electric Works Ltd ３次元レーザ加工データ作成方法と同データ作成プログラム及び同データ作成プログラムを記録した媒体並びに同加工方法及び装置
JP2004351450A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Yaskawa Electric Corp 回転機構付きレーザ加工ヘッドのキャリブレーション装置およびその方法
CN101004595A (zh) * 2007-01-19 2007-07-25 中国科学院力学研究所 飞机外壳成形件激光精调方法
CN102303179A (zh) * 2011-08-23 2012-01-04 西安交通大学 Co2气体保护焊模拟器中焊枪喷嘴空间位置的检测方法
CN108235695A (zh) * 2015-10-21 2018-06-29 双叶产业株式会社 加工装置以及程序
CN106898179A (zh) * 2017-02-13 2017-06-27 武汉科码软件有限公司 焊接模拟器

Also Published As

Publication number Publication date
CN111198538A (zh) 2020-05-26
US20200130107A1 (en) 2020-04-30
US11167377B2 (en) 2021-11-09
JP2020069492A (ja) 2020-05-07
JP6795567B2 (ja) 2020-12-02
DE102019216315A1 (de) 2020-04-30
DE102019216315B4 (de) 2024-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111198538B (zh) 加工条件设定装置和三维激光加工系统
CN107199397B (zh) 机器学习装置、激光加工系统以及机器学习方法
Donadello et al. Monitoring of laser metal deposition height by means of coaxial laser triangulation
CN109420859B (zh) 机器学习装置、机器学习系统以及机器学习方法
JP6825109B2 (ja) 三次元積層造形装置、三次元積層造形方法、及び、三次元積層造形物
JP6339603B2 (ja) レーザ加工開始条件を学習する機械学習装置、レーザ装置および機械学習方法
EP4371695A1 (en) Platemaking apparatus using laser engraving, control system, platemaking method, and storage medium
US9444995B2 (en) System and method for controlling a tracking autofocus (TAF) sensor in a machine vision inspection system
EP3476519A1 (en) Optimized-coverage selective laser ablation systems and methods
JPWO2019030838A1 (ja) 内部欠陥検出システム、三次元積層造形装置、内部欠陥検出方法、三次元積層造形物の製造方法、及び、三次元積層造形物
CN112839765B (zh) 用于求取加工过程的特征参量的方法和加工机
CN114450584B (zh) 层叠造形系统
KR20030039929A (ko) 레이저 클래딩과 직접 금속 조형기술에서 이미지 촬영과이미지 프로세싱을 이용한 클래딩 층 높이의 실시간모니터링 및 제어 방법 및 그 시스템
JP7241171B2 (ja) レーザビームを用いてワークピースの加工プロセスを監視するための方法および装置
US20220347754A1 (en) System and method for controlled manufacturing
US20240246151A1 (en) Methods for Additive Manufacturing of a Component
KR20070068797A (ko) 프로펠러의 자동화 가공방법
JP2023032065A (ja) レーザ溶接装置及びその制御方法
US10955237B2 (en) Measurement method and measurement apparatus for capturing the surface topology of a workpiece
Rodríguez-Araújo et al. OpenLMD, multimodal monitoring and control of LMD processing
JP7572362B2 (ja) 積層造形システム
EP4101564A1 (en) Method and apparatus for monitoring an operation of a powder bed fusion additive manufacturing machine
Xu Design and Realisation of a Monitoring System for Wire-Arc Additive Manufacturing
CN117161583B (zh) 一种激光切割方法
Zhang Process control for WAAM using computer vision

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant