CN212169331U - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种激光加工装置，用于进行高精度的加工。激光加工装置具有：光照射部，基于加工模型将激光照射到加工对象物；测定部，基于来自加工对象物的激光的反射光来测定从光照射部到加工对象物的距离；以及加工控制部，基于测定出的距离来进行加工控制。

Description

激光加工装置
技术领域
本实用新型涉及激光加工装置、激光加工装置的控制方法以及激光加工装置的控制程序。
背景技术
在上述技术领域中，在专利文献1中公开了一种利用CCD照相机接收曝光用光的反射光并对焦点位置进行调整的技术。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-240045号公报
实用新型内容
实用新型要解决的问题
然而，上述文献所记载的技术不能进行高精度的加工。
本实用新型的目的在于，提供解决上述问题的技术。
用于解决问题的手段
为了达到上述目的，本实用新型的激光加工装置，具有：光照射部，基于加工模型将激光照射到加工对象物；测定部，基于来自所述加工对象物的所述激光的反射光来测定从所述光照射部到所述加工对象物的距离；以及加工控制部，基于测定出的所述距离来进行加工控制。
为了达到上述目的，本实用新型的激光加工装置的控制方法，包括：光照射步骤，基于加工模型将激光照射到加工对象物；测定步骤，基于来自所述加工对象物的所述激光的反射光来测定从光照射部到所述加工对象物的距离；以及加工控制步骤，基于测定出的所述距离来进行加工控制。
为了达到上述目的，本实用新型的激光加工装置的控制程序，使计算机执行：光照射步骤，基于加工模型将激光照射到加工对象物；测定步骤，基于来自所述加工对象物的所述激光的反射光来测定从光照射部到所述加工对象物的距离；以及加工控制步骤，基于测定出的所述距离来进行加工控制。
实用新型效果
根据本实用新型，由于基于激光的反射光测定距离，因此能够进行高精度的加工。
附图说明
图1是示出本实用新型的第一实施方式的激光加工装置的结构的图。
图2是用于说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置的结构的图。
图3是说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置的光照射部的结构的图。
图4是说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置所具有的加工表的一个示例的图。
图5是说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置的硬件结构的框图。
图6A是说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置的动作步骤的流程图。
图6B是说明本实用新型的第二实施方式的激光加工装置的另一动作步骤的流程图。
图7是用于说明本实用新型的第三实施方式的激光加工装置的结构的图。
图8是说明本实用新型的第三实施方式的激光加工装置所具有的通知表的一个示例的图。
图9是说明本实用新型的第三实施方式的激光加工装置的硬件结构的框图。
图10是说明本实用新型的第三实施方式的激光加工装置的动作顺序的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来示例性地详细说明本实用新型的实施方式。但是，以下实施方式所记载的结构、数值、处理流程、功能要素等只不过是一个示例，可自由地对其进行变形或变更，而并非旨在将本实用新型的技术范围限定在以下所记载的范围内。
[第一实施方式]
使用图1对作为本实用新型的第一实施方式的激光加工装置100进行说明。激光加工装置100是使用激光对加工对象物等进行加工的装置。如图1所示，激光加工装置100包括光照射部101、测定部102以及加工控制部103。
光照射部101基于加工模型将激光121照射到加工对象物111。测定部 102基于来自加工对象物111的激光121的反射光来测定从光照射部101到加工对象物111的距离。加工控制部103基于测定出的距离来进行加工控制。
根据本实施方式，由于基于激光的反射光来测定距离，因此能够进行高精度的加工。
[第二实施方式]
接着，使用图2至图5对本实用新型的第二实施方式的激光加工装置进行说明。图2是用于说明本实施方式的激光加工装置的结构的图。激光加工装置200具有加工工作台201、光照射部202、测定部203、形状计测部204、比较部205以及加工控制部206。加工工作台201用于对加工对象物211进行加工。即，加工对象物211在加工工作台201上被加工。
光照射部202将激光221照射到加工对象物211。激光221包括红外激光和可见激光，但是不限定于此。激光221例如也可以包括固体激光和气体激光。而且，激光221也可以包括紫外激光和蓝色激光。
光照射部202根据用途或目的等来切换照射激光221。当对加工对象物 211进行加工时，光照射部202切换成加工用的激光221进行照射。另外，当想要知道加工对象物211的状态时，光照射部202切换成可见光的激光 221进行照射。而且，当想要知道距加工对象物211的距离(想要测定距离) 时，光照射部202切换成红外光(IR：Infrared)的激光221进行照射。此外，想要知道距离时所使用的激光221不限定于红外光的激光221。
测定部203基于来自加工对象物211的激光221的反射光来测定距加工对象物的距离。另外，测定部203测定距离的时机例如为加工对象物211 的加工期间或者加工结束之后等。
测定部203具有受光部，该受光部接收来自加工对象物211的激光221 的反射光。受光部例如是能够接收红外光的受光元件(受光传感器)。受光元件例如是CCD(ChargedCoupled Devices：电荷耦合器件)传感器或CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor：互补金属氧化物半导体)传感器等，但是不限定于这些。测定部203中的距离测定例如通过TOF(Time of Flight；飞行时间)方式、三角法方式、相位差方式(相移)等求得。距离测定能够按照各个方式的特征来适当地选择。
形状计测部204基于测定出的距离来计测加工对象物211的形状。形状计测部204接收由测定部203接收的受光数据。并且，形状计测部204 接收到的受光数据中包括反射光是来自哪个位置的反射光等的数据，因此形状计测部204通过使用这些位置信息和由测定部203测定出的距离来计测加工对象物211的形状。即，形状计测部204作为能够读取加工对象物 211的立体形状等的扫描仪进行动作。
此外，若激光加工装置200所进行的加工为层叠造型，则加工对象物 211的形状的计测可以每加工一层进行，也可以每加工多层进行，也可以在加工对象物的加工全部结束后进行。例如，若每加工一层或每加工多层进行形状计测，则一边对加工对象物211进行加工或造型，一边在每次测量时都加以修正地进行加工和造型，因此能够进行更高精度的加工和造型。若像这样一边进行形状计测一边进行加工和造型，则可获得高品质的加工品和造型物。另外，所获得的加工品和造型物的成品率也得以提高。
比较部205对由形状计测部204计测出的加工对象物211的形状与加工模型(造型模型)进行比较。
加工控制部206根据比较部205的比较结果进行加工控制。在加工对象物211的加工结束之后对加工对象物211进行形状计测，由比较部205 进行比较，当该比较结果为加工对象物211的形状与加工模型的形状不一致时，加工控制部206例如对不一致部分进行追加加工等。
另外，在加工对象物211的加工期间进行加工对象物211的形状计测由比较部205进行比较，当该比较结果为加工对象物211的形状与加工模型的形状不一致时，加工控制部206例如对不一致部分进行追加加工，然后进行剩余的加工。追加加工例如为切掉不需要的部分的加工和添加不足部分的加工等，但不限定于这些。激光加工装置200除了进行追加加工以外，还通过变更加工程序或变更激光的照射条件等来对不一致部分进行矫正。
激光加工装置200的操作者使用操作用计算机270来操作激光加工装置200。操作者将用操作用计算机270的CAD(Computer Aided Design：计算机辅助设计)等创建的用于加工和造型的加工数据(造型数据)发送到激光加工装置200。此外，CAD也可以安装在与操作用计算机270不同的计算机上。
然后，从操作用计算机270接收到加工数据的激光加工装置200基于接收的加工数据来控制激光221的照射等。此外，加工数据和造型数据的创建不限于使用CAD进行创建，例如，也可以使用智能手机的应用或CAE (Computer Aided Engineering：计算机辅助工程)等来创建。
图3是说明本实施方式的激光加工装置的光照射部的结构的图。光照射部202具有光源301、激光源302、激光源303、二维MEMS(Micro Electro Mechanical System：微机电系统)反射镜304以及受光部305。二维MEMS 反射镜304是机电式反射镜。
光源301是固体激光、气体激光或半导体激光的振荡器。并且，从光源301放射的激光经由引导光的光纤311被引导到聚光部312。聚光部312 包括聚光透镜和准直透镜等。
激光源302是红外激光的光源。另外，激光源303是高输出的激光的光源。并且，从激光源302以及激光源303放射的激光被引导到聚光部322、332。聚光部322、332包括聚光透镜和准直透镜等。激光源302、303是半导体LD(Laser Diode；激光二极管)，是放射(振荡)各种波长的激光等的激光振荡元件。
二维MEMS反射镜304是机电式反射镜。二维MEMS反射镜304是基于从外部输入的控制信号而被驱动的驱动反射镜，以在水平方向(X方向) 及垂直方向(Y方向)上改变角度来反射激光的方式进行振动。利用视角校正元件(未图示)，对被二维MEMS反射镜304反射的激光的视角进行校正。然后，使视角被校正了的激光在加工对象物211上和加工表面上扫描，进行所期望的加工和造型。此外，视角校正元件根据需要来设置。此外，也可以使用两个一维MEMS反射镜来代替使用二维MEMS反射镜304。
在此，从光源301放射的激光被反射镜320及反射镜340反射而到达二维MEMS反射镜304。同样地，从激光源302放射的激光被反射镜310 及反射镜340反射而到达二维MEMS反射镜304。从激光源303放射的激光被反射镜330及反射镜340反射而到达二维MEMS反射镜304。反射镜 340配置在光照射部201的底部(底面)。并且，反射镜310将来自激光源 302的激光的反射光朝向配置在底面的反射镜340向下方反射。反射镜320 将来自激光源301的激光的反射光朝向配置在底面的反射镜340向下方反射。同样地，反射镜330将来自激光源303的激光的反射光朝向配置在底面的反射镜340向下方反射。然后，反射镜340将来自反射镜310、320、 330的各激光朝向配置在反射镜340的上方的二维MEMS反射镜304向上方反射。二维MEMS反射镜304使来自反射镜340的反射光在二维方向上扫描来进行照射。
从光源301、激光源302、303放射的各激光被各反射镜310、320、330 反射之后，通过相同的光路(一个光路)到达加工对象物211。
受光部305是对来自加工对象物211的反射光351的受光元件。若将检测从二维MEMS反射镜304放射了激光的传感器设置于二维MEMS反射镜304或其周边，则能够计测从二维MEMS反射镜304放射的激光作为反射光351到达受光部305为止的时间。由此，例如能够通过TOF方式计测距离。
受光部305是光电探测器(PD)，但也可以是CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)等。此外，在图3中，是以受光部305设置于光照射部202为例进行说明的，但是只要是能够接收反射光351的位置，可以是任意的位置。
另外，激光加工装置200具有受光部305，因而成为能够在加工期间或加工之后进行在机计测的装置。因此，例如，在激光加工装置200中，通过加工期间的计测，每次都能够一边对加工条件等进行变更修正一边对加工对象物211进行加工。
图4是说明本实施方式的激光加工装置所具有的加工表的一个示例的图。关于加工表401，与加工ID(Identifier：识别符)411相关联地存储位置和距离412、计测形状413、比较结果414以及控制内容415。加工ID411 是用于识别加工的识别符。位置和距离412表示距加工对象物211的表面上的各点(位置)的距离。计测形状413是计测出的加工对象物211的形状。比较结果414是对计测出的加工对象物211的形状与加工模型的形状进行比较得到的结果。控制内容415表示基于比较结果进行的加工控制的内容。并且，激光加工装置200例如参照加工表401来执行加工控制。
图5是示出本实施方式的激光加工装置的硬件结构的框图。CPU (CentralProcessing Unit：中央处理单元)510是运算控制用的处理器，通过执行程序来实现图2的激光加工装置200的功能结构部。CPU510也可以具有多个处理器，并行执行不同的程序、模块、任务或线程等。ROM(Read Only Memory：只读存储器)520存储初始数据及程序等固定数据以及其他程序。另外，网络接口530经由网络与其他装置等进行通信。此外，CPU510 不限定于一个，也可以是多个CPU，或者也可以包括图像处理用的GPU (Graphics ProcessingUnit：图形处理单元)。另外，网络接口530优选具有与CPU510独立的CPU，向RAM(RandomAccess Memory：随机存取存储器)540的区域写入收发数据，或从RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)540的区域读取收发数据。另外，优选设置在RAM540与存储器550之间传输数据的DMAC(Direct Memory Access Controller：直接存储器访问控制器)(未图示)。而且，CPU510识别出数据已经被RAM540 接收或已经传输到RAM540，对数据进行处理。另外，CPU510在RAM540 中准备处理结果，由网络接口530或DMAC进行之后的发送或传输。
RAM540是CPU510作为临时存储的工作区域使用的随机存取存储器。在RAM540中，确保有存储实现本实施方式所需的数据的区域。位置和距离541是距加工对象物211的距离。形状542是计测出的加工对象物211 的形状。比较结果543是对计测出的加工对象物211的形状与加工模型的形状进行比较得到的结果。控制内容544是根据比较的结果进行的加工控制的内容。这些数据例如根据加工表401展开。
收发数据545是经由网络接口530发送和接收的数据。另外，RAM540 具有用于执行各种应用模块的应用执行区域546。
存储器550中存储有数据库及各种参数、或者实现本实施方式所需的以下数据或程序。存储器550存储加工表401。加工表401是用于管理图4 所示的、加工ID411与控制内容415等之间的关系的表。
存储器550还存储光照射模块551、测定模块552、加工控制模块553、形状计测模块554以及比较模块555。光照射模块551是将激光照射到加工对象物211的模块。测定模块552是基于来自加工对象物211的反射光351 测定距加工对象物211的距离的模块。加工控制模块553是根据测定出的距离和比较结果对加工进行控制的模块。形状计测模块554是基于测定出的距离来计测加工对象物211的形状的模块。比较模块555是对计测出的加工对象物211的形状与加工模型的形状进行比较的模块。这些模块551～ 555被CPU510读取到RAM540的应用执行区域546中并执行。控制程序 556是用于控制整个激光加工装置200的程序。
输入输出接口560对输入输出设备间的输入输出数据进行交换。在输入输出接口560上连接有显示部561、操作部562。另外，在输入输出接口 560上也可以连接存储介质564。而且，也可以连接作为声音输出部的扬声器563、作为声音输入部的麦克风(未图示)或者GPS位置判定部。此外，在图5所示的RAM540和存储器550中，未图示与激光加工装置200所具有的通用功能和其他可实现的功能有关的程序和数据。
图6A是说明本实施方式的激光加工装置的处理步骤的流程图。该流程图由图5的CPU510使用RAM540来执行，从而实现图2的激光加工装置 200的功能结构部。此外，图6A的流程图示出在加工对象物211的加工结束之后进行距离和形状的计测时的流程图。
在步骤S601中，激光加工装置200接收加工程序。在步骤S603中，激光加工装置200基于接收到的加工程序执行加工对象物211的加工。在步骤S605中，激光加工装置200判断加工对象物211的加工是否已结束。当加工没有结束时(步骤S605的“否”)，激光加工装置200返回步骤S603，继续进行加工。当加工结束时(步骤S605的“是”)，激光加工装置200进入下一步骤。
在步骤S607中，激光加工装置200基于反射光351计测距加工对象物 211的距离。在步骤S609中，激光加工装置200基于测定出的距离来计测加工对象物211的形状。在步骤S611中，激光加工装置200对计测出的加工对象物211的形状与加工模型进行比较。在步骤S613中，激光加工装置 200判断比较结果是否不一致。当比较结果一致时(步骤S613的“否”)，即，当计测出的加工对象物211的形状与加工模型的形状一致时，激光加工装置200结束处理。
当比较结果不一致时(步骤S613的“是”)，即，当计测出的加工对象物211的形状与加工模型的形状不一致时，激光加工装置200进入步骤S615。在步骤S615中，激光加工装置200进行追加加工，对不一致部分进行修正等。在步骤S617中，激光加工装置200判断追加加工是否已结束。当追加加工没有结束时(步骤S617的“否”)，激光加工装置200返回步骤S615，继续进行追加加工。当追加加工结束时(步骤S617的“是”)，激光加工装置200结束处理。
图6B是说明本实施方式的激光加工装置的另一动作步骤的流程图。此外，图6B的流程图示出在加工对象物211的加工期间进行距离和形状的计测时的流程图，对与图6A相同的步骤标注相同的步骤编号并省略说明。在步骤S631中，激光加工装置200通过对追加加工或造型程序进行变更等来修正不一致部分。
根据本实施方式，能够进行高精度的加工。另外，由于计测距加工表面的距离和加工对象物的形状，因此能够在加工期间变更激光的照射条件，进行更高精度的加工。进而，由于设置有受光部，因此能够在加工期间进行在机计测，能够确认加工对象物的加工状态和造型物的造型状态。另外，由于能够进行在机计测，因此能够每次都一边加以修正一边进行加工和造型。
[第三实施方式]
接着，用图7至图10对本实用新型的第三实施方式的激光加工装置进行说明。图7是用于说明本实施方式的激光加工装置的结构的图。本实施方式的激光加工装置与上述第二实施方式相比，在具有通知部这一点上有所不同。其他的结构及动作与第二实施方式相同，因而对相同的结构及动作赋予相同的附图标记并省略其详细说明。
激光加工装置700具有通知部701。通知部701对比较部205的比较结果进行通知。关于通知部701，例如当计测出的加工对象物211的形状与模型的形状不一致时，作为加工错误通知给激光加工装置700的操作者等。
通知部701的通知例如通过在安装于激光加工装置700的监视器等显示设备上显示错误信息来进行。另外，通知部701的通知通过使安装在激光加工装置700上的灯等闪烁或从扬声器等发出通知声音来进行。进而，通知部701将错误信息发送给激光加工装置700的操作者所具有的智能手机等便携式设备，通知操作者产生了错误。
这样，如果由通知部701通知错误，则操作者等能够中止激光加工装置700的加工。另外，当由通知部701通知了错误之后经过了规定时间时，即使没有来自操作者的加工中止指示，激光加工装置700也可以中止加工。
图8是说明本实施方式的激光加工装置所具有的通知表的一个示例的图。关于通知表801，与加工ID411相关联地存储通知标志811。通知标志 811是当比较结果不一致时设置的标志。若设置通知标志811，则激光加工装置700将不一致的比较结果作为错误进行通知。
图9是说明本实施方式的激光加工装置的硬件结构的框图。RAM940 是CPU510作为临时存储的工作区域使用的随机存取存储器。在RAM940 中，确保有存储实现本实施方式所需的数据的区域。通知标志941是当比较结果不一致时设置的标志。该数据例如是根据通知表801展开的。
图10是说明本实施方式的激光加工装置的动作顺序的流程图。该流程图由图9的CPU510使用RAM940来执行，以实现图7的激光加工装置700 的功能结构部。在步骤S1001中，激光加工装置700将不一致的比较结果作为错误通知给操作者等。此外，在此，使用在加工对象物211的加工结束之后进行形状比较的流程图进行了说明，但是对于在加工对象物211的加工期间进行形状比较的情况也是同样的。
根据本实施方式，由于通知不一致的比较结果，因此激光加工装置的操作者能够容易地知道存在不一致的情况。另外，由于操作者能够容易地知道不一致的比较结果，因此可以迅速执行后续的应对。
[其他实施方式]
以上，参照实施方式说明了本实用新型，但是本实用新型不限定于上述实施方式。在本实用新型的范围内，能够对本实用新型的结构或细节进行本领域技术人员能理解的各种变更。另外，将各实施方式所包含的个别特征以任意方式组合而成的系统或装置也包含在本实用新型的范畴内。
另外，本实用新型可以适用于由多个设备构成的系统，也可以适用于单个装置。而且，本实用新型还能够适用于将实现实施方式的功能的信息处理程序直接或远程地提供给系统或装置的情况。因此，为了在计算机上实现本实用新型的功能，安装在计算机中的程序、存储该程序的介质或者下载该程序的WWW(World Wide Web：万维网)服务器也包含在本实用新型的范畴内。尤其，至少存储有用于使计算机执行上述实施方式所包含的处理步骤的程序的非暂时性计算机可读介质(non-transitory computer readable medium)包含在本实用新型的范畴内。

Claims (6)

1.一种激光加工装置，其特征在于，具有：
光照射部，基于加工模型将激光照射到加工对象物；
测定部，基于来自所述加工对象物的所述激光的反射光来测定从所述光照射部到所述加工对象物的距离；以及
加工控制部，基于测定出的所述距离来进行加工控制。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，还具有：
形状计测部，基于测定出的所述距离来计测所述加工对象物的形状；以及
比较部，将由所述形状计测部计测到的所述形状与所述加工模型进行比较，
所述加工控制部根据所述比较部的比较结果进行加工控制。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有通知部，该通知部对所述比较部的比较结果进行通知。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述测定部在所述加工对象物的加工期间或者加工结束之后，测定所述距离。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光照射部具有机电式反射镜。
6.根据权利要求4所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光照射部具有机电式反射镜。
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