CN1265932C - 激光加工设备及激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种激光加工设备，在这种用传播路径连接激光振荡器(3)和加工头(2)之间、并根据加工头(2)的位置控制传播路径长度的激光加工设备上，包括，按一定间隔分割加工区域的加工区域设定装置、设定与加工区域对应的光程位置的光程位置设定装置、以及检测加工头(2)的位置并根据上述光程长位置设定装置设定的光程位置控制光程长的光程长控制装置(7)。

Description

激光加工设备及激光加工方法
技术领域
本发明有关涉及光程长控制的激光加工装置及激光加工方法。
背景技术
在使加工头移动的激光加工设备上，连接激光振荡器及聚光装置的光学传播路径的长度因加工头的移动位置而产生各种各样的变化。
由此，为了维持适合激光发散特性的光程长，就要在传播路径上的某些部位将激光束的光路长加以伸缩，将从激光振荡器至聚光装置的传播路径始终保持在最佳的长度。
以往作为具有光程长控制机构、使加工头移动的激光加工设备，有图10所示的设备。
在图10中，从振荡器3输出的激光束11通过反射镜a1~a7直至加工头2。
这里，如图10所示，在加工头2位于加工台1的左端时，光程长调整用块(block)6位于光程长控制部7的下端，将此时振荡器3至加工头2的长度作为基准长度。无论加工头2移向什么位置，通过控制装置4A计算，向驱动光程长调整用块6的放大器SAu发出指令，使传播路径的长度为该基准长度。
于是，驱动电动机SVu，移动光程长调整用块6，使传播路径保持基准长度。
例如，加工头2若移向图11所示的位置，则传播路径就延长了(X+Y)。
光程长控制部7内，由于激光束11来回折返，所以仅使光程长调整用块6向上移动(X+Y)的一半。这样，传播路径就变成基准长度。
具有以往的光程长控制机构的激光加工设备，由于如上述那样构成，故通过一直与加工头的位置同步移动光程长调整用块，来控制传播路径成为基准长度。因而，在加工头正在移动时，光程长调整用块始终要动作，所以驱动光程长调整用块的驱动带及支承光程长调整用块的导杆等磨损加剧。
尤其是在用激光进行微细线段加工时，由于频繁地加速、减速，将更进一步加快磨损。
另外，因为一直要使光程长调整用块移动，所以也耗电。
另外，为了保持和加工头的移动同步，光程长调整用块移动时的加减速度要和加工头的加减速度相同，取相当高的值，加减速度一高就容易诱发振动，故要提高光程长机构的刚性。
发明内容
本发明为解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种激光加工设备，这种具有光程长控制机构的激光加工设备，不仅廉价，而且还能减轻光程长控制部的驱动负荷。
为了达到这一目的，按照第一种观点，在用传播路径连接激光振荡器和加工头之间并根据加工头的位置控制传播路径长度的激光加工设备上，包括按一定间隔分割加工区域的加工区域设定装置、设定与加工区域对应的光程位置的光程位置设定装置、及检测加工头的位置并根据由所述光程长位置设定装置设定的光程位置控制光程长的光程长控制装置，在用加工区域设定装置按一定间隔分割加工区域时，根据每一激光加工条件根据预定的值，决定加工区域的分割数。
另外，在金属板材切断时，振荡器至加工头的传播路径的允许范围设在400mm左右。
还有，加工头当前加工区域的计算通过用加工区域的距离除加工头的X坐标和Y坐标之和而求得，通过上述运算求得的当前加工头所处位置的加工区域与上一次区域进行比较，来控制光程长控制装置。
另外，还包括设定使光程不移动的区间的不灵敏区宽度设定装置，在加工头位于上述不灵敏区宽度中时，不根据光程长控制装置进行光程长控制。
又按照第二种观点，在用传播路径连接激光振荡器和加工头之间并根据加工头位置控制传播路径长度的激光加工设备上，包括按一定间隔分割加工区域，根据每一激光加工条件预设定的值，决定加工区域的分割数的工序；检测加工头当前位置的工序；判断所述加工头的当前位置是否在预定的加工区域内移动的工序；及判断结果为不在规定的加工区域内移动时应调整传播路径控制光程长、而在规定的区域内移动时不控制光程长的工序。
又按照第三种观点，在用传播路径连接激光振荡器和加工头之间并根据加工头的位置控制传播路径长度的激光加工设备中，包括按一定间隔分割加工区域，根据每一激光加工条件预设定的值，决定加工区域的分割数的工序；检测加工头当前位置的工序；判断所述加工头的当前位置是否在预定的加工区域内移动的工序；及判断结果为不在规定的区域内移动时再判断该移动范围是否在不灵敏区宽度内、并仅在不灵敏区宽度以外移动时调整传播路径控制光程长的工序。
附图说明
图1为表示本发明构成的系统构成图。
图2为第一实施形态的操作图。
图3为第一实施形态的动作图。
图4为第一实施形态的画面设定图。
图5为第一实施形态的加工区域图。
图6为第二实施形态的操作图。
图7为第二实施形态的动作图。
图8为第二实施形态的画面设定图。
图9为第二实施形态的加工区域图。
图10为表示以往的构成的系统构成图。
图11为表示以往的构成的系统构成图。
具体实施方式
实施形态1
图1为第一发明的构成图。
图中，1为加工台，2为加工头，对装在加工台1上的被加工件照射激光振荡器3发出的激光束11，3为产生激光束11振荡的振荡器，4为控制激光加工设备的控制装置，5为设定参数等用的CRT画面，6为光程长调整用块，通过与加工头2的位置同步移动光程长调整用块，从而用于调整传播路径，7为光程长控制部，利用伺服电动机SVu控制光程长调整用块6。
控制装置4包括：作为控制装置的微处理器(以后称MPU)8、存储该MPU8的控制程序等的ROM9、存储构成加工程序的NC数据等及存储各种参数等的非易失性RAM10、作为轴控制器分别驱动控制使加工头2运动的各轴伺服电动机SVx及SVy的伺服放大器SAx及SAy、及驱动控制使光程长调整用块6运动的伺服电动机SVu的伺服放大器SAu。
图2为第一发明的操作图，图3为第一发明的动作图，图4为第一发明的设定用画面示例，图5为第一发明的加工区域图。
根据本实施形态，如图5所示是这样构成的，预先分割加工区域，加工头2位于该加工区内期间，光程长调整用块6不移动，仅在加工头2移向别的区域时才使光程长调整用块6移动。
下面，详细说明本实施形态的构成、设定以及动作。
本实施形态的激光加工设备中，利用控制装置4的键盘(未图示)，将加工头2离反射镜a6最远的加工台上的位置(X+Y的最大值)预先设在图4所示的CRT画面5的设定部“最大光程长”栏目中。(最大光程长设定ST1)。然后，利用控制装置4的键盘，将加工台区域的分割数预先设定在CRT画面5的设定部“加工区域分割数”栏目中。(加工区域分割数设定ST2)。
如在以往的技术中说明过的那样，通过使振荡器3至加工头2的距离始终维持为一定的长度，从而能使激光束的聚焦状态保持不变。
但在金属板材切断等激光加工时，即使从振荡器3至加工头2的距离偏移400mm左右，最小的光点直径(聚焦的光束直径)有0.5mm左右的差，而已经知道，对一般的激光加工来说，0.5mm的差在经验上对加工无影响。于是，加工区域分割数根据一个加工区域为400mm左右以下来决定分割数。
例如，“最大光程长”为3750mm时，则3750/400＝9.375，分割数设定成10。
还有，在金属板材切断等激光加工中，虽如上所述，说明400mm左右传播路径的误差没有问题，但这些条件还因各种激光加工而异。
接着利用控制装置4的键盘，将光程长调整用块6的坐标位置预设在CRT画面5的设定部“光程调整用块位置”栏目中，使振荡器3至各加工区域的中心位置的距离成一定的长度。(光程调整用块位置设定ST3)。
如图5所示，设一个加工区域距离为L，则至加工区域1的中心的距离成L/2。
光程长控制部7内，由于激光束11来回折返，所以光程长控制部7的原点是下端，离该位置的L/2的一半的位置(L/4)成为加工区域1内光程长调整用块的坐标位置P1。
另外，在加工区域2的情况下，到加工区域2的中心的距离因变成L+L/2＝3L/2，所以加工区域2的情况下光程长调整用块坐标位置P2成3L/4。
其它加工区域也可同样预设。
输入的值利用MPU8存入RAM10。
通过制造厂家预先将上述步骤设定在激光设备上，从而预先设定加工区域，在跨越该区域的加工头2动作时，通过光程长调整用块6动作，从而构成能进行光程长控制的激光加工设备。
使用本实施形态的激光加工设备的操作者利用控制装置4的键盘调用加工的NC数据(NC数据调用ST4)，按下键盘上的加工开始键(加工开始ST5)。
图3表示按下加工开始键后的动作图。
一按下加工开始键，MPU8根据ROM9中存储的控制程序进行以下动作。
首先，根据RAM10中存储的“最大光程长”及“加工区域分割数”，算出加工台上一个区域的距离L(＝最大光程长/加工区域分割数)(一个区域的距离L计算处理ST11)。
一个区域因为形成距离L，所以加工区域1为从反射镜a6开始至L的区域，加工区域2为从反射镜a6至大于的距离L而小于2*L距离(含2*L距离)的区域(参照图5)。
将当前的加工坐标值(X、Y)作为上一次的加工位置存入RAM10(上一次加工位置存储处理ST12)。
接着，算出当前的加工头位置相当于哪一个加工区域(加工区域计算处理ST13)。
计算式如下所示。
当前的加工区域＝
(加工头当前的X坐标值+加工头当前的Y坐标值)/一个区域的距离L
然后，判断计算出的当前的加工区域与上一次的区域是否不同(ST14)。
和上一次的加工区域相同时，移向当前的位置取出处理ST18。
而在与上一次的区域不同时，从存入RAM10的“光程调整用块位置”中取出与当前的加工区域相当的光程调整用块的坐标值(光程调整用块位置取出处理ST15)，向伺服电动机SVu输出指令，应使光程调整用块6移动到该坐标位置。
这里，随着加工区域的改变而光程调整用块6产生移动时，因为也以加工区域的中心为基准设定光程调整用块坐标位置，因此从振荡器3至加工头2的光程长本身变化最大为200mm，所以在上述设定的偏移400mm左右的范围内，不必和加工头同步直接立即使光程调整用块6动作，允许因跟踪运动而有若干时间差存在。因而，伺服电动机SVu本身与以往的激光加工设备不同，能使用小型小容量的电动机。
还有，控制装置4的电源接通时，上一次加工区域要置零。
因为加工区域从1开始，因此电源接通时的第一次判断为和上一次加工区域不同，进行光程调整用块位置取出处理ST15。
然后，将本次的加工区域号作为上一次的加工区域存入RAM10(上一次的加工区域存储处理ST16)。
然后，通过向伺服放大器SAu发出指令，移向光程长调整用块位置取出处理ST15取出的坐标值，从而电动机SVu被驱动，光程长调整用块6移动(光程长调整用块移动处理ST17)。
以后，在加工头2移动中反复进行上述处理。
加工头2是否在移动中，是通过从伺服放大器SAx、SAy取出反馈位置数据(该数据表示当前的加工头位置)(当前的位置取出处理ST18)，判断与上一次的加工位置是否不同，这样来进行判断。
在不同的情况下，移向ST12处理。
根据本实施形态，激光加工设备在加工处理时由于进行上述处理，故只有在加工区域与上一次的加工区域不同时，光程长调整用块6才根据加工区域向规定的位置移动。
因此，由于以分割后的加工区域为单位移动光程调整用块，所有能构成支承光程调整用块的导杆及驱动部分即驱动带的磨损减少、并消耗功率小的激光加工设备。
另外，光程长调整用块6的移动与光束照射无关，在加工头移动时才移动。
实施形态2
以下，说明本实施形态2的构成及动作。还有，本实施形态2的激光加工设备的构成和图1相同。图6为本实施形态的操作图，图7为动作图，图8为设定用画面，图9为加工区域图。
根据本实施形态，如图9所示，其构成为和实施形态1一样，预先分割加工区域，同时在加工区域的交界处设置不灵敏区域，加工头2位于不灵敏区域时，光程长调整也用块6不移动，只在加工头2从不灵敏区向外移动时才使光程调整用块6移动。
然后，详细说明本实施形态的构成、设定及动作。
在本实施形态的激光加工设备中，用控制装置4的键盘(未图示)，将加工头2离反射镜a6最远的加工台上的位置(X+Y的最大值)预先设定在图8所示的CRT画面5的设定部“最大光程长”栏目上(最大光程长设定ST21)。
然后，用控制装置4的键盘将加工台区域的分割数预先设定在CRT画面5的设定部“加工区域分割数”栏目中(加工区域分割数设定ST22)。
如在以往的技术中说明过的那样，通过使振荡器3至加工头2的距离始终维持为一定的长度，从而能使激光束11的聚焦状态保持不变。
但是在金属板材切断等激光加工中，即使从振荡器3至加工头2的距离偏移400mm左右，最小光点直径(聚焦的光束直径)有0.5mm左右的差。凭经验所知，在一般的激光加工中，0.5mm左右的差对加工没有影响。于是，分割数根据一个加工区域为400mm左右以下来决定分割数。
例如，“最大光程长”为3750mm时，则3750/400＝9.375，分割数设成10。
还有，在金属板材切断等激光加工中，如上所述说明过400mm左右的传播路径的误差没有问题，但这些条件将因各种激光加工而异。
然后，用控制装置4的键盘将光程长调整用块6的坐标位置预设在CRT画面5的设定部“光程调整用块位置”栏目中(光程调整用块位置设定ST23)，使从振荡器3至各加工区域的中心位置的距离为一定的长度。
如图9所示，设一个加工区域的距离为L，则至加工区域1的中心的距离为L/2。
在光程长控制部7内，因激光束11来回折返，所以，光程长控制部7的原点是下端，离该位置的L/2的一半的位置(L/4)成为加工区域1的光程调整用块坐标位置P1。
另外，加工区域2的情况下，因为至加工区域2的中心的距离为2L/2＝L，所以加工区域2的情况下光程调整用块坐标位置P2为L/2。
至于其它的加工区域也同样地设定。
然后，利用控制装置4的键盘将不灵敏区的值设在CRT画面5的设定部“不灵敏区宽度”栏目中(不灵敏区宽度设定ST24)。在分割成的加工区域的交界处加工头2移动时，加工头要在加工区域间往复移动，光程长调整用块6也随之移动。
光程长调整用块6一旦频繁移动，就容易诱发振动。另外，用增加分割数的方法，不能减少在加工区域交界处加工头2移动时的光程长调整用块6的移动次数。于是，为了使光程长调整用块6不再频繁地移动，就设置不灵敏区宽度H，预先设定好宽度值。
不灵敏区宽度H，按照不影响最小光点直径的程度，考虑到一般的激光加工形状，凭经验取10mm左右。输入后的值存入RAM10。
通过制造厂家预先将上述步骤设定在激光加工设备上，预设加工区域及不灵敏区宽度，在跨越该区域加工头2动作时，通过光程长调整用块6动作，从而能构成可进行光程长控制的激光加工设备。
使用本实施形态的激光加工设备的操作者利用控制装置4的键盘调用加工的NC数据(NC数据调用ST25)，按下键盘上的加工开始键(加工开始ST26)。
图7表示按下加工开始键以后的动作图。
一按下加工开始键，MPU8根据存在ROM9的控制程序进行以下的动作。
先根据RAM10中存的“最大光程长”及“加工区域分割数”算出加工台的一个区域的距离L(＝最大光程长/加工区域分割数)(一个区域的距离L计算处理ST31)。
因为一个区域形成距离L，所以加工区域1为从反射镜a6至L的区域，加工区域2为从反射镜a6至大于距离L大而小于2*L距离(含2*L距离)的区域(参照图5)。
将当前的加工坐标值(X、Y)作为上一次的加工位置存入RAM10(上一次加工位置存储处理ST32)。
然后，算出当前的加工头位置相当于哪个加工区域(加工区域计算处理ST33)。
计算式如下所示。
当前的加工区域＝
(加工头当前的X坐标值+加工头当前的Y坐标值)/一个区域的距离L
而且，判断算出的当前的加工区域与上一次的区域是否不同(ST34)。
还有，控制装置4的电源接通时，上一次的加工区域置零。
因为加工区域从1开始，因此电源接近时的第一次判断为加工区域与上一次不同。
在和上一次的加工区域相同时，移向当前的位置取出处理ST39。不灵敏区宽度设定ST24设定的值如图9所示，处于加工区域边界线的两侧。
在和上一次加工区域不同时，判断当前的位置是否在不灵敏区的区域(ST35)
例如在加工区域计算处理ST33中，上一次加工区域是2、本次加工区域为3时，作以下的判断。
L1＝加工头当前的X坐标值+加工头当前的Y坐标值
L2＝一个区域的距离L*2+不灵敏区宽度H
(因为加工区域是2，所以将距离L乘以2倍)
L1＜L2时，判断加工头2在加工区域3的不灵敏区域内。
L1＞L2时，判断加工头2不在不灵敏区域中(ST35)。
在不灵敏区中时，转向当前的位置取出处理ST39。
不在不灵敏区中时，从存入RAM10的“光程调整用块位置”中，取出与现在的加工区域相当的光程调整用块的坐标值(光程调整用块位置取出处理ST36)。
然后，将本次的加工区域号作为上一次的加工区域，存入RAM10(上一次加工区域存储处理ST37)。
然后，通过向伺服放大器SAu发出指令，驱动电动机SVu，移动光程长调整用块6，向在光程长调整用块位置取出处理ST36中取出的坐标值移动(光程长调整用块移动处理ST38)。
以后，在加工头2移动中反复进行上述处理。加工头2是否在移动中，是根据从伺服放大器SAx、SAy取出反馈位置数据(该数据表示当前加工头的位置)(当前的位置取出处理ST39)，判断与上一次的加工位置是否不同，这样来进行判断。不同时，转向ST32处理。
根据本实施形态，因为在激光加工设备加工处理时进行上述的处理，所以仅在加工区域与上一次的加工区域不同、并偏离不灵敏区域时，光程长调整用块6才根据加工区域移向规定的位置。
由此，除了实施形态1的效果以外，还由于加工头2即使在加工区域间往复，加工头2在不灵敏区域中时，光程长调整用块6不移动，所以能减缓光程轴上的加减速度，能构成不会诱发振动的激光加工设备。
还有，上述中是使用光程长调整用块，但也可以使用光束优化单元。
根据以上详细叙述的本发明，因以分割后的加工区域为单位，移动光程调整用块，所以能减轻驱动光程长调整用块的驱动带及支承光程长调整用块的导杆等的磨损，延长寿命。
另外，由于不必一直使光程长调整用块移动，因此也减少功耗。
另外，因为设置了不灵敏区宽度，所以在跨越加工区域间进行加工时，光程长不会每一次都在区域间移动，能减缓光程轴上的加减速度，能构成廉价、而且不会诱发振动的激光加工设备。
如上所述，本发明的激光加工设备及激光加工方法适用于有关光程长控制。

Claims (7)

1.一种激光加工设备，用传播路径连接激光振荡器和加工头之间，根据加工头的位置控制传播路径的长度，包括：
设定与加工区域相应的光程位置的光程位置设定装置；及
检测加工头的位置并根据由所述光程位置设定装置设定的光程位置控制光程长的光程长控制装置，
其特征在于，还包括按一定间隔分割加工区域的加工区域设定装置，
在加工区域设定装置以一定间隔分割加工区域时，根据每一激光加工条件预设定的值，决定加工区域的分割数。
2.如权利要求1所述的激光加工设备，其特征在于，
切断金属板材时，将振荡器至加工头的传播路径的允许范围设定在400mm左右。
3.如权利要求1或2所述的激光加工设备，其特征在于，
加工头的当前的加工区域的计算通过用加工区域的距离除加工头的X坐标和Y坐标之和后求得，通过将所述运算求得的当前加工头所述的加工区域和上一次区域进行比较，来控制光程长控制装置。
4.如权利要求3所述的激光加工设备，其特征在于，
包括设定不让光程移动的区间的不灵敏区宽度设定装置，在加工头位于所述不灵敏区宽度中时，不根据光程长控制装置进行光程长控制。
5.如权利要求1或2所述的激光加工设备，其特征在于，
包括设定不让光程移动的区间的不灵敏区宽度设定装置，在加工头位于所述不灵敏区宽度中时，不根据光程长控制装置进行光程长控制。
6.一种激光加工方法，用传播路径连接激光振荡器和加工头之间，根据加工头的位置控制传播路径的长度，其特征在于，包括：
按一定间隔分割加工区域，根据每一激光加工条件预设定的值，决定加工区域的分割数的工序；
检测加工头当前位置的工序；
判断所述加工头的当前位置是否在预定的加工区域内移动的工序；
判断结果为不是在规定的加工区域内移动时应调整传播路径控制光程长、而在规定的区域内移动时不控制光程长的工序。
7.一种激光加工方法，用传播路径连接激光振荡器和加工头之间，根据加工头的位置控制传播路径的长度，其特征在于，包括：
按一定间隔分割加工区域，根据每一激光加工条件预设定的值，决定加工区域的分割数的工序；
检测加工头的当前位置的工序；
判断所述加工头当前位置是否在预定的加工区内移动与否的工序；及
判断结果为不在规定的加工区域内移动时再判断该移动范围是否在不灵敏区宽度内、并只有在不灵敏区宽度以外移动时才应调整传播路径控制光程长的工序。
CNB028074548A 2001-05-14 2002-03-20 激光加工设备及激光加工方法 Expired - Fee Related CN1265932C (zh)

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