CN112334264B - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

激光加工装置(1)具有：激光振荡器(2)，其射出激光；加工头(4)，其具有将激光向被加工物(11)聚光的光学系统；驱动部(5)，其对被加工物(11)和加工头(4)的相对位置关系进行控制；控制装置(6)，其按照所设定的加工条件对激光振荡器(2)及驱动部(5)进行控制，以使得激光对被加工物(11)上的加工路径进行扫描；检测部(7)，其对加工中的被加工物(11)的状态进行观测，将观测结果作为时间序列信号进行输出；加工状态观测部(8)，其针对将加工路径分割为多个而成的每个区间，基于时间序列信号对被加工物(11)的加工状态进行评价，由此求出评价信息，该评价信息包含表示状态是良好还是不良的判定结果；以及推定部(10)，其基于包含判定结果表示不良的区间在内的大于或等于2个区间的评价信息，对不良的原因进行推定。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及通过激光对被加工物进行加工的激光加工装置。

背景技术

激光加工是将激光聚光而照射至被加工物，使被加工物熔融、蒸发等，使被加工物的形状变化的加工方法。在激光加工中，根据激光加工装置的状态、加工条件而会发生各种各样的加工不良。如果举出加工不良的具体例，则存在加工时在加工物的下表面附着氧化生成物的熔渣、在加工面产生凹凸的伤痕等。

加工不良是由于被加工物的状态、加工条件、机械的维修不良这样的各种原因而发生的。作为成为加工不良的原因的被加工物的状态，可以举出温度、被加工物所包含的杂质、表面状态、生锈等。作为成为加工不良的原因的加工条件，可以举出激光的输出、加工速度、气体的压力等。作为成为加工不良的原因的机械的维修不良，可以举出喷嘴的损伤、喷嘴的芯偏移、机械振动、光学系统的污染。

而且，如果延迟发现加工不良的发生，则会产生许多不良品，生产效率降低。另一方面，作业者难以在加工中发现加工不良的发生，大多是在加工结束后通过对被加工物进行目视确认而初次发现加工不良。因此，开发出了不依靠人手而对加工不良进行检测的方法，并且与加工不良相应地对加工条件进行调整的方法。

在专利文献1中公开了下述机器学习装置，其包含：状态量观测部，其对激光加工系统的状态量进行观测；动作结果取得部，其取得通过激光加工系统得到的加工结果；以及学习部，其对来自状态量观测部的输出及来自动作结果取得部的输出进行接收，与激光加工系统的状态量及加工结果相关联地对激光加工条件数据进行学习。

专利文献1：日本特开2017－164801号公报

发明内容

但是，在上述现有技术中，根据加工状态的监视和分类及加工中的状态量而进行加工条件的修正，但由于没有关注于加工状态的变化，因此难以对发生加工不良的原因进行推定，无法进行与加工不良的发生原因相对应的适当的机械的维修、加工条件的调整。

本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到能够对在加工中发生的不良的原因进行推定的激光加工装置。

为了解决上述的课题，达到目的，本发明具有：激光振荡器，其射出激光；加工头，其具有将激光向被加工物聚光的光学系统；驱动部，其对被加工物和加工头的相对位置关系进行控制；控制装置，其按照所设定的加工条件对激光振荡器及驱动部进行控制，以使得激光对被加工物上的加工路径进行扫描；以及检测部，其对加工中的被加工物的状态进行观测，将观测结果作为时间序列信号进行输出。本发明还具有：加工状态观测部，其针对将加工路径分割为多个而成的每个区间基于时间序列信号对被加工物的加工状态进行评价，由此求出评价信息，该评价信息包含表示状态是良好还是不良的判定结果；以及推定部，其基于包含判定结果表示不良的区间在内的大于或等于2个区间的评价信息，对不良的原因进行推定。

发明的效果

根据本发明，具有下述效果，即，能够得到能够对在加工中发生的不良的原因进行推定的激光加工装置。

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结构的图。

图2是表示实施方式1所涉及的在被加工物指定出的加工路径及加工路径被分割出的区间的图。

图3是表示实施方式1所涉及的针对每个区间的评价信息的一个例子的图。

图4是对实施方式1所涉及的从不良的原因的推定起的维修作业进行说明的流程图。

图5是表示本发明的实施方式2所涉及的评价值急剧地恶化的情况的一个例子的图。

图6是表示实施方式2所涉及的评价值逐渐地恶化的情况的一个例子的图。

图7是表示实施方式2所涉及的评价值一边变动一边恶化的情况的一个例子的图。

图8是表示将实施方式1至3所涉及的激光加工装置的功能的一部分通过计算机系统实现的情况下的硬件结构的图。

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详细地进行说明。此外，本发明不受本实施方式限定。

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1的结构的图。激光加工装置1具有激光振荡器2、光路3、加工头4、驱动部5、控制装置6、检测部7、加工状态观测部8、存储部9和推定部10。此外，图1所示的虚线表示激光。另外，存储部9也可以包含于控制装置6、加工状态观测部8及推定部10中的任意者。激光加工装置1具有未图示的显示部，但显示部也可以是控制装置6的一部分。

激光振荡器2进行振荡而射出激光。从激光振荡器2射出的激光经由光路3向加工头4供给。加工头4具有将激光向被加工物11聚光的光学系统。驱动部5是由至少1组电动机及位置检测器构成的伺服控制装置，能够对加工头4和被加工物11的相对位置关系进行控制而使其变化。加工头4将供给的激光向被加工物11照射。

控制装置6按照所设定的加工条件对激光振荡器2及驱动部5进行控制，以使得激光对被加工物11上的加工路径进行扫描。

检测部7是对加工中的被加工物11的状态进行观测的传感器，将观测结果作为时间序列信号进行输出。检测部7可以还对加工中的激光加工装置1的状态进行观测，将观测结果作为时间序列信号进行输出。

加工状态观测部8针对将被加工物11上的加工路径分割为多个而成的每个区间，基于从检测部7取得的时间序列信号，对该区间中的被加工物11的加工状态进行评价而求出评价信息。评价信息包含判定结果，该判定结果表示被加工物11的加工状态是良好还是不良。

存储部9对由加工状态观测部8评价出的被加工物11的评价信息进行存储。

推定部10在被加工物11的判定结果为不良的情况下，基于在存储部9中保存的、包含判定为不良的区间在内的大于或等于2个区间中的被加工物11的评价值，对不良的原因进行推定。

激光振荡器2的种类不受限定。激光振荡器2的一个例子是光纤激光振荡器，但也可以是二氧化碳激光器、将YAG晶体等设为激励介质的固体激光器。另外，激光振荡器2也可以是直接利用激光二极管的光的直接二极管激光器等。

光路3是将从激光振荡器2输出的激光传输至加工头4为止的路径，可以是使激光在空中传输的路径，也可以是通过光纤使激光传输的路径。光路3需要与激光的特性相应地设计。

加工头4具有将激光向被加工物11照射的功能，优选具有在被加工物11的表面附近结焦这样的光学系统。加工头4为了得到良好的加工结果，还优选具有朝向加工中的被加工物11的表面从喷嘴吹出加工气体的机制。

驱动部5只要具有对加工头4和被加工物11的相对位置进行控制的功能即可。因此，驱动部5只要具有使加工头4移动的功能及使被加工物11移动的功能中的至少任一者的功能即可。另外，驱动部5的具体例是由线性电动机及位置检测器构成的伺服控制装置，但也可以采用通过电动机及齿轮实现的驱动方式，或是具有旋转轴的控制机构。

控制装置6按照所设定的加工条件对激光振荡器2及驱动部5进行控制，以使得激光对被加工物11上的加工路径进行扫描。

上述加工条件所包含的被加工物11的性质的具体例是材质、厚度、表面的状态等。另外，上述加工条件所包含的激光振荡器2的动作条件的具体例是激光输出强度、激光输出频率、激光输出的占空比、模式、波形、波长等。另外，上述加工条件所包含的光路3、加工头4及驱动部5的条件的具体例是光路3的光学系统、聚光光学系统、激光的焦点相对于被加工物11的位置、激光的聚光直径、被加工物11和加工头4之间的距离、加工气体的种类、加工气体的压力、喷嘴的孔径、喷嘴的种类、加工速度等。另外，上述加工条件所包含的加工时的气氛的具体例是温度、湿度等。此外，在这里所示的加工条件是一个例子，能够与激光加工装置1的种类、加工目的、具有的装置等相应地对加工条件的项目进行增减。

检测部7在加工中对被加工物11的状态进行观测，对在加工中产生的光的强度及波长、在加工中产生的声波、超声波这样的物理量的测量值进行测量而作为时间序列信号。

检测部7的一个例子是对来自被加工物11的反射光的强度进行测定的光电二极管，将在加工中测量出的光强度作为时间序列信息进行输出。检测部7的其他例是CCD(Charge Coupled Device)传感器、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器、频谱分光器、声响传感器。检测部7可以将上述的例子组合。另外，在激光使用光纤进行传输的情况下，检测部7可以对在加工时产生的光通过光纤所传输的光进行检测。

并且，没有直接地监视被加工物11的状态，但作为对激光加工装置1的状态或者气氛进行观测的传感器，可以将加速度传感器、陀螺仪传感器、距离传感器、位置检测器、温度传感器、湿度传感器等追加于检测部7。为了能够更准确地观测被加工物11的加工状态及激光加工装置1的状态，可以将多个或者多种传感器用作检测部7。

加工状态观测部8针对将被加工物11上的加工路径分割而成的每个区间，基于在该区间的加工中从检测部7得到的时间序列信号，对该区间中的被加工物11的加工状态进行评价而求出评价信息。加工状态观测部8在求出该区间的评价信息时，可以还使用在该区间的加工中使用的加工条件。

图2是表示实施方式1所涉及的在被加工物11指定出的加工路径及加工路径被分割出的区间的图。图3是表示实施方式1所涉及的针对每个区间的评价信息的一个例子的图。

在图2的被加工物11上，示出了由作业者指定出的加工路径11a。加工路径11a被分割为区间A、区间B、区间C及区间D这4个区间，按照区间A、区间B、区间C、区间D的顺序进行加工。

而且，在各区间的加工时或者加工后，基于在各区间的加工时从检测部7得到的时间序列信号，由加工状态观测部8分别针对各区间进行评价而求出评价信息。

加工状态观测部8为了求出图3所示这一评价信息而进行各区间的评价及判定。图3的“评价”栏所示的评价值是对被加工物11的加工状态的良好程度进行评价而示出的数值。即，评价值是对进行评价的区间的加工是以何种程度的概率为良好进行评价而由0至1的值表示的评价值。加工状态观测部8将0.5作为阈值，如果评价值为大于或等于0.5的值则判定为良好，如果为小于0.5的值则判定为不良而将判定结果在“判定”栏示出。因此，在由加工状态观测部8求出的评价信息中包含评价值及判定结果。

通过加工状态观测部8进行的加工状态的评价信息的计算，能够通过下述方式进行：对基于从检测部7得到的时间序列信号而得到的信息进行解析，求出表示加工的特性的特征量，对特征量的值的组进行评价。

特征量的一个例子是基于针对每个区间从检测部7得到的时间序列信号而得到的测量值的平均值及标准偏差。而且，针对平均值及标准偏差的组分别设置基准值，与相对于基准值的差相应地对在各区间发生的不良的不良程度进行评价。不良程度可以定义为从1减去上述评价值而得到的值。此外，需要与检测部7的结构或者种类相应地，对求出特征量的方法进行变更。

求出特征量的方法是各种各样的，也能够将关于从检测部7得到的时间序列信号通过统计解析、频率解析、滤波器组解析或者小波变换等方法对时间序列信号进行解析而得到的值的组设为特征量。此外，在此举出的求出特征量的方法是一个例子，也可以使用时间序列信号的一般性的解析方法而求出特征量。

为了通过加工状态观测部8而求出加工状态的评价信息，针对对从检测部7得到的时间序列信号进行解析而得到的特征量，能够使用线性判别、逻辑回归、支持向量机、相关矢量机、决策树等之类的分类器所涉及的方法。另外，在加工状态的评价时能够使用聚类方法，该聚类方法利用K-means算法、混合高斯分布、混合伯努利分布等。

另外，为了求出加工状态的评价信息，可以直接利用从检测部7得到的时间序列信号的信息，也可以利用对时间序列信号进行解析而得到的特征量。也能够通过使用神经网络、深度神经网络、递归神经网络等之类的神经网络的方法而进行加工状态的评价。

以上举出的加工状态的评价方法是一个例子，能够使用通常的分类算法、通常的聚类方法及将它们组合的方法。另外，为了进行加工状态的评价，也可以使用其他算法。

此外，为了准确地进行推定部10中的不良的原因的推定，优选在加工状态观测部8中，利用特征量更详细地对被加工物11的不良状态进行分类，求出包含分类信息的评价信息，该分类信息表示被加工物的不良状态的分类。分类信息的值能够包含熔渣、伤痕、上表面粗糙度、下表面粗糙度、氧化膜剥离及过烧中的至少1个。并且，优选求出与如上所述分类出的状态下的各不良有关的不良程度而包含于评价信息。

另外，进行评价的区间只要是对在被加工物11之上指定的加工路径进行分割的区间即可，区间的创建方法不受限定。作为一个例子，可以以加工路径的一定长度的距离为单位而创建区间。另外，作为其他例，也可以以加工的一定时间为单位对加工路径进行分割而创建区间。另外，也可以在加工路径的行进方向或者形状发生变化的点对加工路径进行分割而创建区间。另外，也可以根据基于在加工中从检测部7得到的时间序列信号而得到的信息和在加工中使用的加工条件而连续地对加工状态进行判别，创建以评价信息发生了变化的点为基准所分割出的区间。另外，也可以使用将上述方法组合的方法。

存储部9对由加工状态观测部8求出的评价信息进行存储。在评价信息中如上所述包含有评价值及判定结果。此时，为了使推定部10进行更准确的不良的原因推定，可以在评价信息的基础上，使针对每个区间的加工条件、加工的行进方向、加工的位置、从检测部7得到的时间序列信号的解析结果、加工的形状等存储于存储部9。推定部10可以在不良的原因的推定时还使用在存储部9中存储的这些信息。加工的行进方向及加工的位置是从控制装置6得到的信息。

推定部10基于表示通过加工状态观测部8得到的判定结果为不良的区间在内的2个区间的评价信息，对不良的原因进行推定。具体地说，推定部10在通过加工状态观测部8在加工中判定为区间不良的情况下，根据判定为不良的区间中的评价值和在存储部9中存储的其他1个区间中的评价值，进行发生了不良的原因的推定。即，基于包含判定为不良的区间在内的2个区间各自的评价值，对发生了不良的原因进行推定。在这里，在发生了不良的原因的推定时使用评价值，但推定部10如果基于包含判定结果为不良的区间在内的2个区间的评价信息对不良的原因进行推定，则也可以使用评价信息所包含的其他量。在评价信息中包含特征量，通过将2个区间的特征量进行比较而推定不良的原因。

并且，推定部10与推定出的原因相应地，向控制装置6通知推定出的不良的原因，或为了向作业者提示而在控制装置6的显示部中显示不良的原因。接收到通知的控制装置6为了进行消除推定出的原因的维修，对激光加工装置1的动作进行变更或对加工条件进行变更。

下面，具体地说明推定部10中的不良的原因的推定方法。

关于在激光加工中发生的不良的原因，举出以下这样的原因。

·保护玻璃等光学系统的污染

·喷嘴的损伤或者变形

·溅射物向喷嘴的附着

·芯偏移

·被加工物11的表面状态或者组分的差异

·被加工物11的温度高

·加工条件的调整不良

·热透镜效应

芯偏移是指激光的光轴从喷嘴的中心轴偏离的状态。另外，被加工物11的表面状态或者组分的差异是指与可进行良好的加工的情况相比，被加工物11的表面状态或者组分不同的状态。热透镜效应是指聚光光学系统被加热，光学特性发生了变化的状态。

在发生了不良时，根据通过将包含发生了不良的区间在内的2个区间进行比较而得到的信息将这些原因预先进行分类，以使得能够进行不良的原因的筛选。

作为一个例子，通过将判定为紧挨着不良的区间的之前的区间的评价值和判定为不良的区间的评价值进行比较，从而能够对不良是否是突发性地发生的不良进行判别。在对其进行说明前，将不良的原因按照以下的方式预先分类为突发性地发生的原因和不是突发性地发生的原因。

(突发性地发生的不良的原因)

·保护玻璃等光学系统的污染

·喷嘴的损伤或者变形

·溅射物向喷嘴的附着

·被加工物11的表面状态或者组分的差异

·加工条件的调整不良

·芯偏移

(不是突发性地发生的不良的原因)

·热透镜效应

·被加工物11的温度高

·芯偏移

芯偏移的发生存在下述情况，即，加工头4的喷嘴由于某种碰撞而突发性地发生芯偏移；以及喷嘴部分的固定不充分，在加工头4重复加减速时由于其振动而逐渐地使喷嘴移动而发生芯偏移。因此，芯偏移可能成为突发性地发生的不良的原因或者没有突发性地发生的不良的原因的任意原因。

另外，关于加工条件的调整不良，由于不良会从加工开始时发生，因此如果对在最初的区间是否能够进行良好的加工进行确认，则能够对加工条件的调整不良是否成为不良的原因进行判别。

与判定为紧挨着不良的区间的之前的区间的评价值相比，在判定为不良的区间的评价值大幅地变化的情况下，认为由于突发性地发生的不良的原因而在加工中发生了不良。因此，由推定部10进行推定的不良的原因的候选成为保护玻璃等光学系统的污染、喷嘴的损伤或者变形、溅射物向喷嘴的附着、被加工物11的表面状态或者组分的差异、芯偏移。此外，评价值是否大幅地变化的情况能够使用第一阈值进行判定。

另一方面，与判定为紧挨着不良的区间的之前的区间的评价值相比，在判定为不良的区间的评价值的变化小的情况下，认为加工状态逐渐地接近不良状态，认为由于没有突发性地发生的不良的原因而在加工中发生了不良。因此，由推定部10进行推定的不良的原因的候选成为热透镜效应、被加工物11的温度高、芯偏移。此外，关于评价值是否变化小，能够使用第二阈值进行判定。第二阈值可以与第一阈值相同，但也可以设为不同的值。

另外，如果判定为不良的区间是加工开始时的最初的区间，则推定部10能够推定为加工条件的调整不良是不良的原因。

图4是对实施方式1所涉及的从不良的原因的推定起的维修作业进行说明的流程图。

首先，推定部10推定不良的原因(步骤S1)。推定部10在如上所述不良的原因没有筛减为一个的情况下，对由多个原因构成的不良的原因的候选进行推定。

接下来，推定部10基于推定出的不良的原因或者不良的原因的候选而向控制装置6指示维修(步骤S2)。具体地说，在得到由推定部10推定出的多个原因的候选的情况下，从多个原因的候选选择1个原因，将用于去除选择出的原因的维修作业指示给控制装置6。此外，在步骤S2中，也可以使选择出的原因在控制装置6的显示部进行显示等，将试图去除选择出的原因的维修委托给作业者。

按照步骤S2中的来自推定部10的指示，控制装置6进行用于去除选择出的原因的维修作业(步骤S3)。具体地说，控制装置6使激光振荡器2或者驱动部5进行维修作业。此外，在作业者被委托维修的情况下，由作业者进行维修作业。

然后，激光加工装置1执行试加工(步骤S4)。

而且，通过加工状态观测部8，对在试加工中是否发生了不良进行判定(步骤S5)。在试加工中没有发生不良的情况下(步骤S5：No)，激光加工装置1重新开始通常的加工(步骤S6)。

在试加工中发生了不良的情况下(步骤S5：Yes)，推定部10从不良的原因的候选中将是由控制装置6进行了维修作业的对象的原因去除(步骤S7)。而且，推定部10对原因的候选是否残留进行判定(步骤S8)。

在原因的候选没有残留的情况下(步骤S8：No)，激光加工装置1结束试加工(步骤S9)。

在原因的候选残留的情况下(步骤S8：Yes)，向步骤S2返回，从残留的原因的候选中选择1个原因，向控制装置6指示维修作业，以使得将选择出的原因去除。或者，向作业者委托维修，以使得将选择出的原因去除。

此外，在上述步骤S2中，在从多个原因的候选中选择1个原因的情况下，推定部10从多个原因的候选中按照可能性或者发生频度被认为从高到低的顺序进行选择。为了将按照上述方式选择出的原因去除，推定部10将维修作业指示给控制装置6，或者将维修向作业者委托，由此能够使维修作业高效地进行。另外，也可以设为由推定部10从能够由激光加工装置1自动地进行维修作业的原因中依次进行选择，将维修作业指示给控制装置6，以使得即使作业者不在，也能够将不良的原因去除。

另外，在步骤S2中，为了使作业者容易理解在哪个区间发生了何种不良，可以使控制装置6的显示部对评价值及判定结果这一评价信息进行显示，或在显示部所显示出的加工路径的区间上对相对应的评价值及判定结果这一评价信息进行显示。

另外，在存储部9在针对每个区间的评价信息的基础上，还对针对每个区间的加工条件、针对每个区间的加工的行进方向、从检测部7得到的时间序列信号的解析结果等进行存储的情况下，推定部10在对发生了不良的原因进行推定时，在评价信息的基础上还能够使用在存储部9中存储的这些信息。

作为推定部10为了使用评价值这一评价信息进行比较而对包含发生了不良的区间在内的2个区间进行选择的方法，考虑各种选择方法，但在包含已经说明的选择方法的具体例中考虑以下这样的选择方法。

·为了确认在加工条件的调整中没有问题，在同一被加工物11中，对通过相同的加工条件进行了加工的不同的2个区间进行选择的方法。

·为了对检测出的不良是突发性的不良还是连续地发生的不良进行区分，对判定为不良的区间及紧挨着其之前的区间进行选择的方法。

·为了确认材料的状态是否适当，作为第2个区间，对材质及厚度与发生了不良的被加工物相同，但其他被加工物的加工路径上进行了加工的区间进行选择的方法。

以上列举出的方法是一个例子，并不是对区间的选择方法进行限制，可以与目的相应地选择进行比较的区间。另外，为了推定不良的原因，也能够兼用不同的区间的选择方法。

在推定部10对不良的原因进行推定时，事先存储有按原因分类的不良的发生频度，能够与对区间的加工状态进行了分类的评价信息组合而用于不良原因的推定。另外，在存在多个不良原因的候选的情况下，推定部10可以将推定出的原因的全部候选在控制装置6的显示部等进行显示，也可以按照如上所述可能性从高到低的顺序进行显示，也可以从能够自动地维修的候选进行显示。

另外，推定部10在对不良的原因进行推定时，能够利用发生不良前的激光加工装置1的动作信息。具体地说，在切断加工中，将在切断开始前被称为穿孔的孔向被加工物11进行开孔。在将穿孔进行开孔时，向相同的位置断续地照射激光，因此与切断加工时相比，有时被加工物11熔融而产生的溅射物向四面八方飞散。因此，在穿孔加工刚开始后判定结果成为不良的情况下，飞散出的溅射物向喷嘴附着或弄脏保护玻璃成为原因的可能性高。因此，在刚进行穿孔开孔后的区间发生了不良的情况下，溅射物向喷嘴的附着或者保护玻璃等光学系统的污染成为原因的可能性高。另一方面，在刚进行穿孔加工后的判定结果成为良好的情况下，认为溅射物向喷嘴的附着或者保护玻璃等光学系统的污染成为原因的可能性低。

如上所述，在实施方式1所涉及的激光加工装置1中，基于通过检测部7得到的时间序列信号由加工状态观测部8进行加工状态的评价而求出评价信息，存储部9对评价信息进行存储。在判定为在加工中发生了不良的情况下，推定部10对不良的原因进行推定，使控制装置6进行激光加工装置1的机械的维修或者加工条件的调整，以使得消除该不良的原因。

在无法推定不良的原因的情况下，需要关于设想为不良的原因的全部原因的项目进行确认，因此会产生额外的作业，直至恢复为激光加工装置1能够实现良好的加工为止需要工作量及时间。与此相对，实施方式1所涉及的激光加工装置1在加工中发生了不良时，根据包含评价为不良的区间在内的2个区间的评价信息，对发生了不良的原因进行推定。由此，不良的原因被筛选，能够减少确认所需的作业，因此能够更高效地向良好的加工恢复。即，能够容易地进行基于不良的发生原因的激光加工装置1的维修或者加工条件的调整，即使在加工中发生了不良的情况下也能够快速地向良好的加工状态恢复。

实施方式2.

在实施方式2中，推定部10为了更准确地进行不良的原因的推定，利用比2个更多的区间的评价值这一评价信息。根据比2个更多的区间的评价信息而对不良的原因进行推定，由此能够与实施方式1相比更准确地进行不良的原因的推定。特别地，关于虽然存在预兆但没有突发性地发生的不良，能够基于加工状态的评价值的推移而进一步筛选不良的原因。

实施方式2所涉及的激光加工装置1的结构与图1相同，但推定部10的动作与实施方式1不同。但是，除了推定部10以外的结构的动作与实施方式1相同，因此在这里省略除了推定部10以外的结构的动作的说明。

下面，对实施方式2所涉及的推定部10的动作详细地进行说明。

推定部10基于包含通过加工状态观测部8得到的判定结果表示不良的区间在内的大于或等于3个区间的评价信息对不良的原因进行推定。具体地说，推定部10在通过加工状态观测部8在加工中判定为区间不良的情况下，根据判定为不良的区间中的评价值和在存储部9中存储的其他大于或等于2个区间中的评价值，进行发生了不良的原因的推定。其他大于或等于2个区间是从在判定为不良的区间之前进行了加工的区间中选择的。即，基于包含判定为不良的区间在内的大于或等于3个区间各自的评价值，对发生了不良的原因进行推定。在这里，在发生了不良的原因的推定时使用了评价值，但推定部10如果基于包含判定结果为不良的区间在内的大于或等于3个区间的评价信息对不良的原因进行推定，则也可以使用评价信息所包含的其他量。也可以是在评价信息中包含特征量，通过将大于或等于3个区间的特征量进行比较而推定不良的原因。

如实施方式1中所述那样，不良能够分为突发性地发生的不良和没有突发性地发生的不良。并且，关于没有突发性地发生的不良，能够基于直至发生不良为止的评价值的推移而进一步分类为2个。由此，能够更准确地筛选不良的原因。

因此，基于发生不良前的评价值的推移，将不良分类为以下3个。

(1)没有看到发生不良的预兆，不良突然地发生的情况

(2)评价值逐渐地变差，发生不良的情况

(3)根据区间而评价值变化，评价值一边波动一边发生不良的情况

将与上述3个情况相对应的评价值的针对每个区间的变化的情形在图5至图7中示出。图5是表示本发明的实施方式2所涉及的评价值急剧地恶化的情况的一个例子的图。图6是表示实施方式2所涉及的评价值逐渐地恶化的情况的一个例子的图。图7是表示实施方式2所涉及的评价值一边变动一边恶化的情况的一个例子的图。图5至图7的横轴示出了数值，该数值表示通过加工状态观测部8求出了评价值的各区间的加工顺序，纵轴示出了针对每个区间求出的评价值。

图5示出了没有看到发生不良的预兆，不良突然地发生的情况下的评价值的变化。尽管从最初的区间起，表示良好的与1接近的评价值连续地得到，但突然地变化为表示不良的与0接近的评价值，加工状态判定为不良。

图6示出了评价值逐渐地变差的情况，最初的区间是表示良好的与1接近的评价值，但评价值逐渐地减少，最终判定为不良。

图7是评价值一边针对每个区间大幅地变动一边变差的情况下的评价值的变化的例子。直至最终判定为不良为止，虽然维持了大于或等于0.5的判定为良好的评价值，但评价值一边变动一边推移，最终评价值变为小于或等于0.5而判定为不良。在图7这样的情况下，评价值的有无变动的判定例如能够通过下述方法进行，即，通过表示各区间的加工顺序的数值的1次函数对在不良的原因的推定时使用的区间中的评价值进行近似，在该近似值和各区间中的评价值的差的绝对值的总和中设置阈值。

图6这样的表示评价值的变动的不良原因之一是热透镜效应。热透镜效应是下述现象，即，光学系统的温度上升而光学系统的特性变化、焦点位置变动。光学系统的温度逐渐地上升，因此向评价值这一评价信息的影响逐渐地显现。因此，在发生热透镜效应的情况下，评价值不断逐渐地变差。

在图7这样的表示评价值的变动的不良原因之一中存在被加工物11的温度升高的情况。在激光加工中被加工物11从激光吸收能量，因此被加工物11的温度不断逐渐地上升。被加工物11的温度在刚加工后的加工路径附近容易变得最高，根据场所而形成温度分布。因此，根据至此为止进行了加工的场所和当前正在加工的场所的位置关系而想到发生下述情况：在被加工物11中的温度相对高的区域进行加工的情况和在被加工物11中温度相对低的区域进行加工的情况。其结果，在被加工物11的加工路径中，依赖于进行加工的区间而评价值发生变化。因此，在由于被加工物11的温度高的原因而发生不良的情况下，加工状态的评价值如图7那样根据区间而变动。

另外，在发生了激光的光轴从喷嘴的中心轴偏离的芯偏移的情况下，依赖于加工的行进方向而评价值变化。其发生的原因在于，根据激光的光轴偏移后的方向，加工气体相对于加工点的流动方式发生变化。因此，在由于芯偏移的原因而发生不良的情况下，依赖于加工的行进方向而评价值大幅地变动，因此有时如图7所示评价值变动。但另一方面，在喷嘴与被加工物11的切割端等接触而喷嘴的位置发生了变化的情况下，还想到如图5所示那样评价值急剧地恶化的情况，关于评价值是否发生了变动，无法一概判定为芯偏移是原因。

如上所述，在发生了不良时，如果根据发生了不良的区间的评价值和其以前进行了加工的多个区间的评价值而将发生了不良的原因分为3个情况，则能够以下述方式进行分类。

(1)没有看到发生不良的预兆，不良突然地发生的情况

·保护玻璃等光学系统的污染

·喷嘴的损伤或者变形

·溅射物向喷嘴的附着

·被加工物11的表面状态或者组分的差异

·加工条件的调整不良

·芯偏移

(2)评价值逐渐地变差，发生不良的情况

·热透镜效应

(3)根据区间而评价值变化，评价值一边波动一边发生不良的情况

·被加工物11的温度高

·芯偏移

基于以上的分类，决定不良原因的候选，与在实施方式1中使用图4所说明相同的顺序，推定部10向控制装置6或者作业者委托维修，以使得将不良的原因一个一个地去除。

另外，事先将按照原因已知的不良发生了的情况下的区间的变化得到的评价值这一评价信息的推移的模式，或者不良状态及不良的程度的模式汇集而构建出数据库。而且，可以通过针对该数据库进行图案匹配而由推定部10对不良的原因进行推定。并且，也可以由推定部10将数据库所包含的模式作为教师数据进行机器学习而创建分类器，通过分类器对不良的原因进行推定。

另外，如果在激光从喷嘴的中心偏离的状态即芯偏移的状态下进行加工，则在与激光偏移的方向相对应的行进方向的加工中加工状态会发生劣化。因此，根据加工的行进方向对加工的区间进行分类，针对每个行进方向对评价值进行评价，由此能够由推定部10对是否发生了芯偏移进行推定。

具体地说，在具有X轴方向及Y轴方向的2维平面上，将行进方向分为X轴正方向、X轴负方向、Y轴正方向及Y轴负方向这4个方向。而且，针对4个方向分别对进行了加工的区间和其评价值进行合计，将4个值进行比较，由此能够对芯偏移的方向进行推定。

例如在X轴正方向的评价值的合计值相对于其他方向即X轴负方向、Y轴正方向、Y轴负方向各自的评价值的合计值而低大于或等于20％的情况下，能够推定为激光相对于喷嘴的中心向X轴正方向偏移，发生了芯偏移。另外，在行进方向各自的评价值的合计值中没有行进方向的偏斜的情况下，能够推定为芯偏移不是不良的原因。如上所述，在加工区间的评价值的基础上使用加工的行进方向的信息，推定部10能够进一步筛选不良的原因。

如上所述，推定部10在实施方式1中说明的加工条件以外，也能够基于加工的行进方向、评价信息的推移的模式对不良的原因进行推定。并且，也可以将加工条件、加工的行进方向及评价信息的推移的模式进行组合而用于不良的原因的推定。

在判定为不良的区间和推定部10为了比较而使用的多个区间的选择方法中，包含已经说明的选择方法，具体地说考虑以下这样的选择方法。

·为了对检测出的不良是突发性的不良或者是具有预兆的不良进行区分，对判定为紧挨着不良的区间的之前的多个区间进行选择的方法。

·为了对在加工条件的调整中没有问题进行确认，在同一被加工物11中，对通过与判定为不良的区间相同的加工条件进行了加工的多个区间进行选择的方法。

·为了对材料的状态是否适当进行确认，对材质及厚度与发生了不良的被加工物相同，但在其他被加工物的加工路径上进行了加工的多个区间进行选择的方法。

·为了通过加工的行进方向对在评价值中是否没有差进行确认，对在相同的行进方向进行了加工的多个区间进行选择的方法。

以上列举出的方法是一个例子，并不是对区间的选择方法进行限制，可以与目的相应地选择进行比较的区间。另外，为了进行不良的原因的推定，也能够兼用不同的区间的选择方法。

另外，也可以设为在判定为不良的区间的基础上还使用多个区间，在推定部10对不良的原因进行推定的情况下，即使在发生了不良的情况下，也继续通常的加工而在取得评价值的变动的数据之后进行原因的推定。

如以上说明所述，根据实施方式2所涉及的激光加工装置1，基于包含判定为不良的区间在内的大于或等于3个区间的评价信息对不良的原因进行推定，因此与实施方式1相比能够更准确地执行不良的原因的推定。

实施方式3.

在实施方式3中，关于在实施方式1及2所利用的针对加工的每个区间的评价值的基础上，使用从检测部7所包含的传感器得到的信息，由推定部10对不良的原因进行推定的方法进行叙述。实施方式3中的除了检测部7及推定部10以外的结构是与实施方式1中所示的图1相同的结构，因此省略除了检测部7及推定部10以外的说明。

检测部7在实施方式1中说明的结构的基础上，具有以下的传感器功能。检测部7还具有对光学系统的温度进行测定的温度传感器、对被加工物11的表面状态进行观察的照相机、对被加工物11的表面温度进行测定的热像仪、加工气体的流量传感器这样的功能中的至少一个。还利用从这些传感器等得到的信息，由推定部10进行不良原因的推定，由此能够更高精度地进行原因的推定。

推定部10在加工状态观测部8中的评价时，在加工中评价为区间不良的情况下，在包含判定为不良的区间在内的大于或等于2个区间的评价值这一评价信息的基础上，还利用从在检测部7中追加的传感器得到的信息对发生了不良的原因进行推定。然后，按照与在实施方式1中使用图4说明相同的顺序，推定部10向控制装置6或者作业者委托维修，以使得将不良的原因一个一个地去除。

对光学系统的温度进行测定的温度传感器，能够利用于热透镜效应是否发生的判定。在加工中发生了不良的情况下，能够根据从对光学系统的温度进行测定的温度传感器取得的信息而知晓光学系统的温度，能够对热透镜效应是否发生进行判断。

对被加工物11的表面状态进行观察的照相机在加工前对被加工物11的图像进行拍摄。通过对拍摄到的图像进行解析，从而针对加工路径上的每个区间而预先提取被加工物11的表面的颜色或者金属光泽、生锈的状况。而且，在对被加工物11的表面状态不同的区间进行了加工时在一个区间发生了不良的情况下，能够对是由被加工物11的表面状态引起的不良进行推定。另外，如果能够确认到被加工物11的表面状态均一，则能够从不良的原因的候选将材料的表面状态排除。

另外，如果使用热像仪，则能够在加工中对被加工物11的表面温度进行测定。在加工中发生了不良时，如果正在对被加工物11的温度高于所设定的温度的区域进行加工，则能够推定为是由于被加工物11的温度高的原因而发生了不良。另外，在加工中发生了不良时，如果被加工物11的温度小于或等于所设定的温度，则能够将被加工物11的温度高的情况从不良原因的候选排除。

加工气体的流量传感器对在加工中向被加工物11吹出的气体的流量进行测定。在由于溅射物等附着于喷嘴而发生了堵塞，或者喷嘴的前端发生变形而加工气体的流量发生了变化的情况下，能够对流量的变化进行检测。在由于加工气体的流量发生变化而加工气体的流量与设定值相比大幅地变动的情况下，能够推定为由于喷嘴的堵塞或者喷嘴的变形的原因而在加工中发生了不良。另外，如果加工气体的流量处于设定的范围内，则能够将喷嘴的堵塞或者喷嘴的变形从不良的原因的候选中排除。

以上所示的传感器的例子和不良的原因的组合是一个例子，也可以将其他传感器和不良的原因结合而进行原因的推定。如上所述，能够使用除了加工的区间的评价值这一评价信息以外的信息对不良的原因进行筛选。

在实施方式3中，在通过将实施方式1及2所说明的针对每个区间的评价值这一评价信息进行比较的方法而得到的原因的推定结果中组合从追加的传感器得到的信息，由此能够更准确地推定不良的原因。

实施方式1至3所涉及的控制装置6、加工状态观测部8、存储部9及推定部10的功能是通过个人计算机或者通用计算机这一计算机系统而实现的。图8是表示将实施方式1至3所涉及的激光加工装置1的功能的一部分通过计算机系统实现的情况下的硬件结构的图。在将激光加工装置1的控制装置6、加工状态观测部8、存储部9及推定部10的功能通过计算机系统实现的情况下，控制装置6、加工状态观测部8、存储部9及推定部10的功能是如图8所示通过CPU(Central Processing Unit)201、存储器202、存储装置203、显示装置204及输入装置205实现的。由控制装置6、加工状态观测部8及推定部10执行的功能是通过软件、固件或者软件和固件的组合而实现的。软件或者固件作为程序进行记述而储存于存储装置203。CPU 201将在存储装置203中存储的软件或者固件向存储器202读出并执行，由此实现控制装置6、加工状态观测部8及推定部10的功能。即，计算机系统具有存储装置203，该存储装置203在控制装置6、加工状态观测部8及推定部10的功能通过CPU 201执行时，用于对将实施方式1至3中说明的控制装置6、加工状态观测部8及推定部10的动作实施的程序步最终得以执行的程序进行储存。另外，这些程序也能够说是使计算机执行由控制装置6、加工状态观测部8及推定部10的功能实现的处理的程序。存储部9是通过存储器202或者存储装置203实现的。存储器202相当于RAM(Random Access Memory)这样的易失性的存储区域。存储装置203相当于ROM(Read Only Memory)、闪存这样的非易失性或者易失性的半导体存储器、磁盘。控制装置6的显示部是通过显示装置204实现的。显示装置204的具体例是监视器、显示器。输入装置205的具体例是键盘、鼠标、触摸面板。

以上的实施方式所示的结构，表示本发明的内容的一个例子，也能够与其他公知技术进行组合，在不脱离本发明的主旨的范围，也能够对结构的一部分进行省略、变更。

标号的说明

1激光加工装置，2激光振荡器，3光路，4加工头，5驱动部，6控制装置，7检测部，8加工状态观测部，9存储部，10推定部，11被加工物，11a加工路径，201 CPU，202存储器，203存储装置，204显示装置，205输入装置。

Claims (8)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：

激光振荡器，其射出激光；

加工头，其具有将所述激光向被加工物聚光的光学系统；

驱动部，其对所述被加工物和所述加工头的相对位置关系进行控制；

控制装置，其按照所设定的加工条件对所述激光振荡器及所述驱动部进行控制，以使得所述激光对所述被加工物上的加工路径进行扫描；

检测部，其对加工中的所述被加工物的状态进行观测，将观测结果作为时间序列信号进行输出；

加工状态观测部，其针对将所述加工路径分割为多个而成的每个区间，基于所述时间序列信号对所述被加工物的加工状态进行评价，由此求出评价信息，该评价信息包含表示所述状态是良好还是不良的判定结果；以及

推定部，其基于包含所述判定结果表示不良的所述区间在内的大于或等于2个所述区间的所述评价信息，对预先分类出的不良的原因进行推定。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

所述评价信息包含对所述被加工物的加工状态进行评价得到的评价值，

所述推定部基于所述评价值对不良的原因进行推定。

3.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述推定部基于加工的行进方向、所述评价信息的推移的模式及所述加工条件中的至少1个，对不良的原因进行推定。

4.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述控制装置进行维修作业，该维修作业用于将由所述推定部推定出的不良的原因去除。

5.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述推定部基于包含通过同一所述加工条件加工出的所述区间在内的大于或等于2个所述区间的所述评价信息，对不良的原因进行推定。

6.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

所述评价信息包含分类信息，该分类信息表示所述被加工物的不良状态的分类。

7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，

所述分类信息的值包含熔渣、伤痕、上表面粗糙度、下表面粗糙度、氧化膜剥离及过烧中的至少1个。

8.根据权利要求1或2所述的激光加工装置，其特征在于，

还具有显示部，该显示部对由所述加工状态观测部求出的所述评价信息或者由所述推定部推定出的不良的原因进行显示。

Images