CN113874151B - 变动主要原因确定方法以及激光加工装置 - Google Patents

Abstract

使控制部执行电流控制执行步骤，进行驱动电流的反馈控制，以使激光振荡器的激光的激光输出接近目标值，确定在电流控制执行步骤的执行中激光输出和目标值的差超过给定的阈值的输出变动发生的变动发生定时，根据在电流控制执行步骤的执行中测定出的多个第一物理量，确定根据在变动发生定时而确定的第一监视时间内成为异常值的异常物理量，根据成为异常物理量的变动的主要原因的多个第二物理量，将根据异常物理量成为异常值的异常开始定时而确定的第二监视时间内成为异常值的物理量确定为变动主要原因，将表示确定出的变动主要原因的信息输出到输出装置。

Description

变动主要原因确定方法以及激光加工装置

技术领域

本公开涉及确定激光振荡器的激光输出的变动主要原因的变动主要原因确定方法以及激光加工装置。

背景技术

在专利文献1中公开了一种激光加工装置，其具备：激光振荡器；输出测定部，测定由所述激光振荡器出射的激光的激光输出；以及控制部，为了使所述激光输出接近目标值，基于所述输出测定部的测定值来控制激光振荡器的操作信号。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-53564号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在使激光加工装置进行如专利文献1那样的反馈控制的情况下，从基于输出测定部的测定到其测定值反映于激光输出为止的期间，有时会产生激光输出与目标值之差变大的输出变动。这样的输出变动会导致加工精度的降低，因此存在以下要求：装置或者用户为了防止这样的输出变动而容易实施对策。

本公开是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，装置或者用户为了防止激光振荡器的输出变动而容易实施对策。

用于解决课题的手段

为了实现上述的目的，本公开是在激光加工装置中，通过控制部执行的变动主要原因确定方法，

所述激光加工装置具备：

激光振荡器；

输出测定部，对由所述激光振荡器出射的激光的光量进行测定；以及

所述控制部，基于所述输出测定部的测定值，进行向所述激光振荡器供给的驱动电流的反馈控制，以使所述激光的激光输出接近目标值，

所述变动主要原因确定方法的特征在于，执行如下处理：

电流控制执行处理，进行所述反馈控制；

定时确定处理，基于所述输出测定部的测定值，确定在所述电流控制执行处理的执行中所述激光输出和所述目标值的差超过给定的阈值的输出变动发生的变动发生定时；

异常物理量确定处理，根据在所述电流控制执行处理的执行中在所述激光加工装置中测定出的多个第一物理量，确定根据在所述定时确定处理中确定出的变动发生定时而确定的第一监视时间内成为异常值的异常物理量；

变动主要原因确定处理，根据在所述异常物理量确定处理中确定出的成为异常物理量的变动的主要原因的多个第二物理量，将根据所述异常物理量成为异常值的异常开始定时而确定的第二监视时间内成为异常值的物理量确定为变动主要原因；以及

变动主要原因输出处理，将表示在所述变动主要原因确定处理中确定出的变动主要原因的信息输出到输出装置。

由此，在变动主要原因成为异常值而引起异常物理量成为异常值，由该异常物理量成为异常值而引起发生了输出变动的情况下，装置或者用户能够通过参照由输出装置输出的信息来识别变动主要原因。因此，装置或者用户为了防止输出变动而容易实施对策。

发明效果

根据本公开，装置或者用户为了防止输出变动而容易实施对策。

附图说明

图1是表示本公开的实施方式1所涉及的激光加工装置的结构的示意图。

图2是表示本公开的实施方式1所涉及的激光装置的结构的示意图。

图3是表示多个激光模块的结构的示意图。

图4是激光模块的侧面图。

图5是激光模块的主视图。

图6是表示控制部的动作的流程图。

图7A是表示加工程序的执行中的激光输出的目标值、测定值、修正前输出以及修正量的图表。

图7B是表示加工程序的执行中的激光装置的温度的测定值的图表。

图7C是表示加工程序的执行中的激光装置的湿度的测定值的图表。

图7D是表示加工程序的执行中的循环液的压力的图表。

具体实施方式

以下，基于附图，对本公开的实施方式进行详细地说明。以下的优选实施方式的说明本质上仅为例示，完全不意图对本公开、其应用物或者其用途进行限制。

如图1所示，本实施方式所涉及的激光加工装置100具备激光振荡器10、激光出射头40、传输光纤50、控制部60、电源70、作为输出装置的显示装置80、控制器90、冷却装置14以及除湿装置15。激光振荡器10和传输光纤50的聚光单元13侧的端部(入射端)收纳于壳体11。

激光振荡器10具有多个激光装置20、光束耦合器12以及聚光单元13。

如图2所示，激光装置20具有：发出互不相同的波长的激光LB1的例如10个激光模块30；使分别从10个激光模块30出射的激光LB1耦合并出射的衍射光栅22；一方面，使由衍射光栅22出射的激光的一部分作为激光LB2透过，另一方面，使剩余部分作为反射光LB3反射的部分透过镜23；接收来自部分透过镜23的反射光LB3，测定反射光LB3的光量的光电二极管24；测定激光装置20内部的温度的温度测定部20a；以及测定激光装置20内部的湿度的湿度测定部20b。

如图3～5所示，各激光模块30具有激光二极管条(LD条)31，激光二极管条31是具有并列配置的多个发射器31b的半导体激光器阵列。换言之，激光二极管条31是由具有发射器31b的并列配置的多个激光二极管构成的半导体激光器阵列。激光二极管条31形成为俯视矩形状的平板形状，在其一个面配置有板状的正电极32，安装有正电极32的一个面。此外，在激光二极管条31的另一个面配置有比正电极32宽的板状的负电极33，安装有负电极33的一个面的一部分。激光二极管条31的一个侧面构成出射激光LB1的激光出射面31a。布线35与各电极(正电极32、负电极33)连接，经由该布线35从后述的电源70供给电流(电力)。另外，一个激光二极管条31所包括的发射器31b的个数例如被设定为50个。10个激光模块30的激光二极管条31相互串联连接。

在负电极33的激光二极管条31的安装面上的未安装激光二极管条31的区域，安装有对激光二极管条31的附近的温度进行测定的热电偶36。作为测定激光二极管条31的附近的温度的单元，也可以代替热电偶36而使用RTD(Resistance Temperature Detector，测温电阻体)、热敏电阻、IC(Integrated Circuit，集成电路)传感器等其他单元。此外，也可以将热敏电阻、IC传感器等半导体器件与激光二极管条31一体地形成，由此，能够间接或者直接地测定激光二极管条31的内部温度，能够使测定的温度更接近激光二极管条31的内部温度。

光束耦合器12将从多个激光装置20分别出射的激光LB2(参照图2)与一个激光LB4耦合而向聚光单元13出射。在光束耦合器12设置有：光电二极管12a，对激光LB4的占有一定比例的一部分光量进行测定；温度测定部12b，对光束耦合器12内部的温度进行测定；以及湿度测定部12c，对光束耦合器12内部的湿度进行测定。

聚光单元13通过在内部配设的聚光透镜(未图示)对入射的激光LB4进行聚光，以给定的倍率缩小光束直径并向传输光纤50出射。在图2中，符号LB5是由聚光单元13出射的激光。聚光单元13具有未图示的连接器，传输光纤50的入射端与连接器连接。在聚光单元13中，设置有对激光LB5的占有一定比例的一部分的光量进行测定的光电二极管13a、对聚光单元13内部的温度进行测定的温度测定部13b、以及对聚光单元13内部的湿度进行测定的湿度测定部13c。

通过像这样构成激光振荡器10，从而能够得到激光输出超过几kW的高输出的激光LB5。

传输光纤50将由激光振荡器10出射并向传输光纤50的入射端入射的激光LB5引导至激光出射头40。

激光出射头40向外部照射由传输光纤50引导的激光LB6。例如，在图1所示的激光加工装置100中，朝向配置于给定的位置的作为加工对象物的工件W，通过激光出射头40出射激光LB6。这样，对工件W进行激光加工。在激光出射头40设置有作为对激光LB6的占有一定比例的一部分的光量进行测定的输出测定部的光电二极管40a。

控制部60基于光电二极管40a的测定值，进行向激光振荡器10供给的驱动电流的反馈控制，以使激光LB6的激光输出接近给定的目标值。在此，控制部60的驱动电流的控制通过向电源70输出指令电压值来进行。此外，控制部60存储在对工件W进行给定的加工时执行的加工程序。加工程序规定加工中的各定时的激光LB6的激光输出的目标值。关于控制部60的控制的详细情况，将在后面叙述。

电源70基于由控制部60输出的指令电压值，对多个激光装置20分别供给驱动电流。

显示装置80通过控制部60的控制输出显示后述的表示异常物理量的信息以及后述的表示变动主要原因的信息。

控制器90从用户接受使加工程序执行开始等的输入，向控制部60输出指示加工程序执行的开始等的指令。

冷却装置14具备：冷却装置主体部14a，通过使循环液在多个激光装置20中循环，从而控制激光振荡器10的各激光装置20的温度；以及冷却装置操作部14b，接受用于控制冷却装置主体部14a的动作的输入，并将与该输入相应的指令输出到冷却装置主体部14a。循环液在配设于各激光装置20内部和该激光装置20与冷却装置主体部14a之间的配管16内循环。与各激光装置20对应的配管16并联连接。

除湿装置15具备：除湿装置主体部15a，向激光振荡器10的各激光装置20供给干燥空气而进行除湿；以及除湿操作部15b，接受用于控制除湿装置主体部15a的动作的输入，并将与该输入相应的指令输出至除湿装置主体部15a。干燥空气经由导入管17导入各激光振荡器10，并且经由导出管18导出。在本实施方式中，导入管17以及导出管18配设为将激光振荡器10并联连接，但也可以配设成将激光振荡器10串联连接。

以下，参照图6对控制部60控制驱动电流的动作进行说明。

首先，在S101中，控制部60通过执行所存储的加工程序，基于光电二极管40a的测定值，进行指令电压值的反馈控制，以使激光LB6的激光输出接近该加工程序中设定的各定时的目标值。换句话说，进行向激光装置20供给的驱动电流的反馈控制(电流控制执行步骤)。控制部60将加工程序的执行中的光电二极管12a、13a、24、40a、温度测定部12b、13b、20a、热电偶36、湿度测定部12c、13c、20b的测定值作为数据日志进行存储。图7A表示S101中的加工程序的执行中的激光LB6的激光输出的目标值、S101中的加工程序的执行中的激光LB6的激光输出的测定值、使指令电压值恒定时的激光LB6的激光输出(修正前输出)、以及S101中的加工程序的执行中的激光LB6的激光输出的测定值与使指令电压值恒定时的激光LB6的激光输出之差(修正量)。图7B表示S101中的加工程序的执行中的激光装置20的温度的测定值，图7C表示S101中的加工程序的执行中的激光装置20的湿度的测定值，图7D表示S101中的加工程序的执行中的冷却装置14循环的循环液的压力。在此，激光LB6的激光输出的测定值由控制部60基于光电二极管40a的测定值来计算。

接下来，在S102中，控制部60通过参照在S101中存储的数据日志，基于光电二极管40a的测定值，确定并存储在S101中的加工程序的执行中的激光LB6的激光输出的测定值与由加工程序规定的目标值之差超过给定的阈值TH的输出变动发生的变动发生定时t1(参照图7A～图7D。)(定时确定步骤)。此时，激光LB6的激光输出不停止。

接下来，在S103中，控制部60根据在S101中的加工程序的执行中在激光加工装置100中测定的多个第一物理量，确定在根据变动发生定时t1确定的第一监视时间T1内成为异常值的异常物理量(异常物理量确定步骤)。此时，激光LB6的激光输出不停止。由此，能够防止由激光输出的停止引起的施工不合格的发生。多个第一物理量包括温度测定部12b、13b、20a、热电偶36以及湿度测定部12c、13c、20b的测定值。第一监视时间T1被设定为从变动发生定时t1的给定时间前的定时到变动发生定时t1的给定时间后的定时为止的时间等。然后，控制部60使表示异常物理量的信息输出显示于显示装置80。由此，用户能够将异常物理量识别为作为输出变动的主要原因的可能性高的物理量。此外，控制部60确定并存储在S101中的加工程序的执行中异常物理量成为异常值的异常开始定时t2。例如，温度测定部20a的测定值在第一监视时间T1未收敛于0～H1℃的数值范围内的情况下，视为异常值。在图7A～图7D的例子中，与激光LB6的激光输出的测定值降低同步地，温度测定部20a的测定值上升，在第一监视时间T1内，由温度测定部20a测定出的温度超过H1℃，因此将该温度确定为异常物理量。由此，用户将激光装置20(激光二极管条31)的温度识别为作为输出降低的主要原因的可能性高的物理量，对冷却装置14的冷却装置操作部14b进行用于降低循环液的温度的输入。此外，湿度测定部20b的测定值在第一监视时间T1内未收敛于给定的数值范围Ra内的情况下，视为异常值。在图7A～图7D的例子中，在第一监视时间T1内，由湿度测定部20b测定出的湿度收敛于给定的数值范围Ra内，因此视为不是异常物理量。

接下来，在S104中，控制部60根据在S103中确定出的成为异常物理量的变动的主要原因的多个第二物理量，将在根据在S103中确定出的异常开始定时t2而确定的第二监视时间T2内成为异常值的物理量确定为变动主要原因(变动主要原因确定步骤)。此时，激光LB6的激光输出不停止。由此，能够防止由激光输出的停止引起的施工不合格的发生。第二监视时间T2被设定为从异常开始定时t2的给定时间前的定时到异常开始定时t2的给定时间后的定时为止的时间等。具体而言，在S103中确定出的异常物理量是由温度测定部20a测定出的温度的情况下，根据包括由冷却装置14循环的循环液的压力、流量以及温度(冷却水温)的多个第二物理量来确定变动主要原因。在由冷却装置14循环的循环液的压力未收敛于H2～H3Pa的数值范围内的情况下，视为异常值。在图7A～图7D的例子中，在第二监视时间T2内，由冷却装置14循环的循环液的压力低于H2Pa，因此，循环液的压力被确定为变动主要原因。此外，在S103中确定出的异常物理量是由湿度测定部20b测定出的湿度的情况下，根据包括由温度测定部20a测定的温度以及包含由除湿装置15供给的干燥空气的压力的多个第二物理量来确定变动主要原因。

接下来，在S105中，控制部60使显示装置80输出显示表示在S104中确定出的变动主要原因的信息(变动主要原因输出步骤)。此时，激光LB6的激光输出不停止。由此，能够防止由激光输出的停止引起的施工不合格的发生。通过输出显示，用户通过参照在显示装置80输出显示的信息，能够识别变动主要原因，容易实施用于防止输出变动的对策。例如，在变动主要原因是由冷却装置14循环的循环液的压力、流量以及温度中的任一个物理量的情况下，用户可以对冷却装置14的冷却装置操作部14b执行控制成为变动主要原因的物理量的输入操作，以抑制输出变动。此外，在变动主要原因是由除湿装置15供给的干燥空气的压力的情况下，用户可以对除湿装置15的除湿操作部15b执行控制干燥空气的压力的输入操作，以抑制输出变动。

另外，在上述实施方式中，在激光振荡器10设置有多个激光装置20，但也可以仅设置一个。在这种情况下，从激光装置20输出的激光LB2直接入射到传输光纤50。

此外，在上述实施方式中，将一个激光装置20所包括的激光模块30以及激光二极管条31的数量设定为10个，但也可以根据激光装置20所要求的最大输出、激光装置20的价格等而设定为其他个数。

此外，在上述实施方式中，将一个激光二极管条31所包括的发射器31b的个数设定为50个，但也可以根据激光模块30所要求的最大输出、激光二极管条31的价格等而设定为其他个数。

此外，在上述实施方式中，根据温度测定部12b、13b、20a、热电偶36以及湿度测定部12c、13c、20b的测定值来确定异常物理量，但也可以根据激光加工装置100中的各部的电压值以及电流值、基于光电二极管12a、13a、24、40a的测定值而得到的激光加工装置100内的各部中的激光的损失量来确定异常物理量。

此外，在上述实施方式中，在S103中，控制部60将视为第一监视时间T1内的温度为异常值的条件设为该温度不收敛于给定的数值范围内，但也可以设为该温度的斜率不收敛于给定的数值范围内等其他条件。

此外，在上述实施方式中，在S104中，控制部60将视为第二监视时间T2内的循环液的压力为异常值的条件设为该压力未收敛于给定的数值范围内，但也可以设为该压力的斜率未收敛于给定的数值范围内等其他条件。

此外，在上述实施方式中，将输出装置设为显示表示变动主要原因的信息的显示装置80，但也可以设为将表示变动主要原因的信息作为信号向其他装置输出的装置。而且，也可以是其他装置识别变动主要原因，为了防止输出变动而实施对策。

此外，在上述实施方式中，在异常物理量是由湿度测定部20b测定出的湿度的情况下，作为变动主要原因的确定对象的多个第二物理量包括由温度测定部20a测定的温度、以及由除湿装置15供给的干燥空气的压力这两者，但也可以仅包括任一方。

此外，在上述实施方式中，在异常物理量是由温度测定部20a测定出的温度的情况下，将由冷却装置14循环的循环液的压力、流量以及温度中的全部物理量包括在成为变动主要原因的确定对象的多个第二物理量中，但也可以仅包括任一个或者两个物理量。第二物理量不仅包括与激光振荡器10内相关的物理量，还包括与激光振荡器10外的周边设备(例如冷却装置14)相关的物理量，由此不仅能够促进激光振荡器10的维护，还能够促进周边设备的维护。

产业上的可利用性

本公开的变动主要原因确定方法以及激光加工装置能够使装置或者用户容易实施用于防止输出变动的对策，对激光振荡器的激光输出的变动主要原因的确定是有用的。

符号说明

100 激光加工装置

10  激光振荡器

14  冷却装置

15  除湿装置

40a 光电二极管(输出测定部)

60  控制部

80  显示装置(输出装置)

T1  第一监视时间

T2  第二监视时间

TH  阈值

t1  变动发生定时

t2  异常开始定时。

Claims (6)

1.一种变动主要原因确定方法，是在激光加工装置中，通过控制部执行的变动主要原因确定方法，

所述激光加工装置具备：

激光振荡器；

输出测定部，对由所述激光振荡器出射的激光的光量进行测定；以及

所述控制部，基于所述输出测定部的测定值，进行向所述激光振荡器供给的驱动电流的反馈控制，以使所述激光的激光输出接近目标值，

所述变动主要原因确定方法的特征在于，执行如下步骤：

电流控制执行步骤，进行所述反馈控制；

定时确定步骤，基于所述输出测定部的测定值，确定在所述电流控制执行步骤的执行中所述激光输出和所述目标值的差超过给定的阈值的输出变动发生的变动发生定时；

异常物理量确定步骤，根据在所述电流控制执行步骤的执行中在所述激光加工装置中测定出的多个第一物理量，确定根据在所述定时确定步骤中确定出的变动发生定时而确定的第一监视时间内成为异常值的异常物理量；

变动主要原因确定步骤，根据在所述异常物理量确定步骤中确定出的成为异常物理量的变动的主要原因的多个第二物理量，将根据所述异常物理量成为异常值的异常开始定时而确定的第二监视时间内成为异常值的物理量确定为变动主要原因；以及

变动主要原因输出步骤，将表示在所述变动主要原因确定步骤中确定出的变动主要原因的信息输出到输出装置。

2.根据权利要求1所述的变动主要原因确定方法，其中，

所述激光加工装置还具备：冷却装置，通过使循环液在所述激光振荡器中循环，从而控制所述激光振荡器的温度，

所述多个第一物理量包括所述激光振荡器的温度，

成为所述激光振荡器的温度的变动的主要原因的多个第二物理量包括所述循环液的压力、流量以及温度中的至少一个。

3.根据权利要求1或者2所述的变动主要原因确定方法，其中，

所述激光加工装置还具备向所述激光振荡器供给干燥空气并进行除湿的除湿装置，

所述多个第一物理量包括所述激光振荡器的湿度，

成为所述激光振荡器的湿度的变动的主要原因的多个第二物理量包括所述激光振荡器中的温度以及所述干燥空气的压力中的至少一个。

4.根据权利要求1或者2所述的变动主要原因确定方法，其中，

所述定时确定步骤、所述异常物理量确定步骤、所述变动主要原因确定步骤在不停止所述激光的激光输出的情况下进行。

5.根据权利要求1或者2所述的变动主要原因确定方法，其中，

所述第二物理量不仅包括与所述激光振荡器内相关的物理量，还包括与激光振荡器外的周边设备相关的物理量。

6.一种激光加工装置，其特征在于，构成为具备：

激光振荡器；

输出测定部，对由所述激光振荡器出射的激光的光量进行测定；以及

控制部，基于所述输出测定部的测定值，进行向所述激光振荡器供给的驱动电流的反馈控制，以使所述激光的激光输出接近目标值，

所述控制部执行如下步骤：

电流控制执行步骤，进行所述反馈控制；

定时确定步骤，基于所述输出测定部的测定值，确定在所述电流控制执行步骤的执行中所述激光输出和所述目标值的差超过给定的阈值的输出变动发生的变动发生定时；

异常物理量确定步骤，根据在所述电流控制执行步骤的执行中在所述激光加工装置中测定出的多个第一物理量，确定根据在所述定时确定步骤中确定出的变动发生定时而确定的第一监视时间内成为异常值的异常物理量；

变动主要原因确定步骤，根据在所述异常物理量确定步骤中确定出的成为异常物理量的变动的主要原因的多个第二物理量，将根据所述异常物理量成为异常值的异常开始定时而确定的第二监视时间内成为异常值的物理量确定为变动主要原因；以及

变动主要原因输出步骤，将表示在所述变动主要原因确定步骤中确定出的变动主要原因的信息输出到输出装置。

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