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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern
einer Laserstrahlmaschine und auf eine Laserstrahlmaschine.
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Ein
mechanische Bearbeitung mittels Laserstrahlen wird in verschiedenen
Feldern wie z.B. Bohren, Schneiden, Schweißen und thermische Bearbeitung
verschiedener Materialien weithin genutzt, weil eine berührungsfreie
mechanische Bearbeitung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität möglich ist.
Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die oben erwähnten verschiedenen
Arten einer mechanischen Bearbeitung mittels eines einzelnen Laserstrahloszillators
durchgeführt
werden können,
indem nur die Bedingungen der Laserstrahloszillation geändert werden.
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Eine
solch enorme Flexibilität
bringt jedoch die mögliche
Gefahr mit sich, dass aus gewissen Gründen die Qualität der mechanischen
Bearbeitung wegen Änderungen
in den Bedingungen der Laserstrahloszillationen und der Bestrahlungsbedingungen
für ein
mechanisch zu bearbeitendes Objekt leiden kann. Daher ist die Aufrechterhaltung
der Qualität
einer mechanischen Bearbeitung ein Problem.
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Herkömmliche
Techniken, die sich auf eine Laserstrahlmaschine beziehen, schleißen z.B.
eine in der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 2002-336985 offenbarte Technik ein, welche die Bewegung
eines Lichtprojektionskopfes erlaubt und zur gleichen Zeit eine
Lichtleitfaser führt,
während
verhindert wird, dass die Lichtleitfaser ein Werkstück, eine
Aufspannvorrichtung etc. in einer Laserstrahlmaschine stört, die
einen Lichtstrahl durch die Lichtleitfaser zum Lichtprojektionskopf
leitet. Die ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung (Kokai)
Nr. 2002-307180 offenbart eine Technik, die eine Linse gemäß dem Fortgang
einer mechanischen Bearbeitung bewegt, indem ein aus einer Linse
und einem Linsenbewegungsmittel bestehendes, eine Brennweite variierendes
Mittel zwischen einer Apertur und einer fθ-Linse angeordnet und die Änderung
in der Position der Apertur, von der fθ-Linse aus betrachtet, genutzt
wird. Außerdem
offenbart die ungeprüfte
japanische Patentveröffentli chung
(Kokai) Nr. 2002-254189 eine Technik, die den Bereich der mechanisch
bearbeitbaren Plattendicke erweitert, indem mehrere Laserstrahloszillatoren
auf einer einzigen Laserstrahlmaschine vorgesehen werden.
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Um
das Auftreten einer Störung
zu verhindern, die durch eine Änderung
in der Qualität
der mechanischen Bearbeitung in Abhängigkeit vom Zustand der Laserstrahloszillation
und dem Zustand der Bestrahlungsenergie verursacht wird, ist es
notwenig, zu allen Zeiten den Zustand der Laserstrahloszillation
und die Qualität
der mechanischen Bearbeitung zu überwachen.
Insbesondere beim Zusammenbauen der Maschinen und Werkzeugmaschinen, die
einen Laserstrahloszillator enthalten, wie automatische Maschinen,
wird eine numerische Steuerung oder eine Steuerung der Laserbestrahlungsbedingungen
oder des Ein/Ausschaltens der Bestrahlung auf der Basis elektrischer
Signale von einem Steuergerät
wie z.B. einem Personal Computer und einem Programmgeber durchgeführt. Infolgedessen ist
es notwendig, automatisch zu überwachen,
ob die Seite des Laserstrahloszillators gemäß den spezifizierten Bedingungen
arbeitet.
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Im
Fall einer Laserstrahlmaschine wird ein Laserstrahl von einem Laserstrahloszillator
durch eine Lichtleitfaser übertragen,
durch einen Spiegel reflektiert, durch eine Linse vergrößert oder
verkleinert etc., und somit werden verschiedene optische Elemente
genutzt, bis der Laserstrahl ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt
erreicht. Außerdem wird
ein Blenden- oder Shuttermechanismus verwendet, um die Sicherheit
des Menschen und der Maschinenanordnung sicherzustellen. In solch
einer Konfiguration kann ein Problem insofern aufgeworfen werden,
als ein Objekt nicht mechanisch bearbeitet werden kann, falls einige
optische Elemente während eines
Betriebs zerbrochen oder die Charakteristiken verschlechtert werden,
und dies wird die Qualität
einer mechanischen Bearbeitung beträchtlich beeinflussen.
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Herkömmliherweise
werden verschiedene Verfahren verwendet, um die Charakteristiken
eines Laserstrahls zu detektieren. 1 ist
ein Diagramm, das die herkömmlichen
Prinzipien einer Detektion eines Laserstrahls darstellt. Ein gut
bekanntes Verfahren ist eines, in welchem innerhalb eines Laserstrahloszillators
ein Halbspiegel 2 mit Eigenschaften zum geringfügigen Reflektieren
eines Laserstrahls 1 angeordnet ist und der reflektierte
Laserstrahl durch einen opti schen Detektionssensor 3 detektiert
wird. Das in 1 gezeigte
Verfahren ist eines, in welchem die Ausgangsenergie eines Laserstrahls
und die Form und Zeit eines Oszillationsimpulses überwacht
werden, indem die Ausgabe von dem optischen Detektionssensor 3 empfangen
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im
herkömmlichen
Verfahren ist es jedoch notwendig, optische Komponenten in einem
optischen Weg (einem optischen Transmissionsweg) anzuordnen, und
daher werden Probleme insofern aufgeworfen, als der Aufbau des Gerätes kompliziert wird,
wie Charakteristiken eines Laserstrahls sich jedes Mal ändern, wenn
der Laserstrahl von einer optischen Komponente reflektiert wird
oder der Laserstrahl durch eine optische Komponente durchgeht etc.
Infolgedessen ist es normal, eine Überwachung nur an den minimal
erforderlichen Positionen durchzuführen. Wie oben beschrieben
wurde, wird im allgemeinen eine Überwachung
in den meisten Fällen nur
an der Innenseite eines Laserstrahloszillators durchgeführt, und
es war nahezu unmöglich,
zu überwachen,
ob ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt mit einem Laserstrahl
bestrahlt wird, oder die Änderung
der effektiven Bestrahlungsenergie zu überwachen, mit der das mechanisch
zu bearbeitende Objekt tatsächlich
bestrahlt wird, falls eine optische Komponente in einem optischen
Transmissionsweg beschädigt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung wurde entwickelt, wobei die oben erwähnten Probleme
berücksichtigt wurden,
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zum Steuern einer Laserstrahlmaschine und eine Laserstrahlmaschine zu
schaffen, die die effektive Energie eines Laserstrahloszillators,
womit ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt bestrahlt wird, und
den Zustand der Oszillation überwachen
können,
ohne die Eigenschaften des Laserstrahls zu beeinflussen, und ferner
ist eine weitere Aufgabe, ein Verfahren zum Steuern einer Laserstrahlmaschine
und eine Laserstrahlmaschine zu schaffen, die die Bedingungen der
effektiven Energie, mit der ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt
bestrahlt wird, beibehalten und eine Situation automatisch detektieren
und anzeigen können,
in der eine Wartung notwendig ist.
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In
dem Verfahren zum Steuern einer Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung ist entlang einem Laserstrahltransmissionsweg zumindest ein
optischer Detektionssensor angeordnet, wird ein gestreuter Strahl,
der aus dem Laserstrahltransmissionsweg gestreut wird, durch den
optischen Detektionsdetektor detektiert, und folglich werden die Charakteristiken
eines Laserstrahls erhalten, indem die Ausgabe des optischen Detektionssensors
empfangen wird.
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Die
Laserstrahlmaschine gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst: einen Laserstrahloszillator, um einen Laserstrahl
zu erzeugen; einen Laserstrahltransmissionsweg, um den durch den
Laserstrahloszillator erzeugten Laserstrahl durchzulassen; eine
Kollimatorlinse, um vom Laserstrahltransmissionsweg emittierte Laserstrahlen
zu empfangen, um parallele Laserstrahlen zu erhalten; eine Kondensorlinse
zur mechanischen Bearbeitung zum Empfangen der Ausgabe der Kollimatorlinse,
um Laserstrahlen auf einem Objekt zu sammeln oder zusammenzuführen, das
mechanisch bearbeitet werden soll; zumindest einen optischen Detektionssensor,
der entlang dem Laserstrahltransmissionsweg vorgesehen ist; und
eine arithmetische Steuersektion, um die Ausgabe des optischen Detektionssensor
zu empfangen und einen vorbestimmten Prozess durchzuführen, um
die Charakteristik eines Laserstrahls zu erhalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Konfiguration so entworfen, dass der gestreute Strahl,
der aus dem Laserstrahltransmissionsweg gestreut wird, detektiert
werden kann, und daher ist es möglich,
den Zustand des Laserstrahls mit Hilfe des optischen Detektionssensors
zu detektieren, ohne die Eigenschaften des Laserstrahls zu beeinflussen.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es daher möglich,
die vom Laserstrahloszillator emittierte effektive Energie, mit
der ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt bestrahlt wird, und den
Oszillationszustand zu überwachen,
ohne die Eigenschaften des Laserstrahls zu beeinflussen.
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Es
ist auch möglich,
die Bedingungen der effektiven Energie, mit der ein mechanisch zu
bearbeitendes Objekt bestrahlt wird, aufrechtzuerhalten und eine
Situation automatisch zu detektieren und zu melden, in der eine
Wartung notwendig ist.
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Die
arithmetische Steuersektion führt
eine Echtzeitüberwachung
des Durchgangs des Laserstrahls oder seiner Größe auf der Basis eines Empfangs
der Ausgabe der optischen Detektionssensoren durch.
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Während die
arithmetische Steuersektion bei Empfang des optischen Detektionssensors
einen vorbestimmten arithmetischen Prozess durchführt und
das Ergebnis auf einer Anzeigesektion anzeigt, ist es möglich, eine
Echtzeitüberwachung
des Durchgangs des Laserstrahls oder der Größe der Laserstrahlabgabe durchzuführen.
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Die
arithmetische Steuersektion überwacht, ob
es in dem Laserstrahltransmissionsweg Störungen gibt, oder überwacht
die effektive Energie, mit der ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt
bestrahlt wird, bei Empfang der Ausgabe des optischen Detektionssensors.
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Außerdem ist
es möglich,
zu überwachen,
ob es Störungen
in dem Laserstrahltransmissionsweg gibt, und die effektive Energie
zu überwachen,
mit der ein mechanisch zu bearbeitendes Objekt bestrahlt wird, wenn
die arithmetische Steuersektion die Ausgabe des optischen Detektionssensors
empfängt.
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Die
arithmetische Steuersektion stellt die Stärke eines Laserstrahls auf
der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs ein, der zwischen der
Ausgabe des optischen Detektionssensors und dem vorher in einem
Speichermittel gespeicherten Standardwert der Ausgabe des optischen
Detektionssensors vorgenommen wird.
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Da
die arithmetische Steuersektion die Ausgabe des optischen Detektionssensors
mit dem Standardwert des optischen Detektionssensors vergleicht,
der vorher in einem Speichermittel gespeichert wurde, ist es möglich, auf
der Basis der Vergleichsergebnisses die Stärke des Laserstrahls auf einen
optimalen Wert einzustellen.
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Es
ist vorzuziehen, zwischen dem mechanisch zu bearbeitenden Objekt
und der Kondensorlinse zur mechanischen Bearbeitung ein Linsenschutzglas
zum Abhalten der geschmolzenen zerstäubenden Objekte, die am mechanisch
zu bearbeitenden Objekt erzeugt werden, vorzusehen.
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Da
das Linsenschutzglas zwischen der Kondensorlinse zur mechanischen
Bearbeitung und dem mechanisch zu bearbeitenden Objekt angeordnet
ist, ist es möglich,
zu verhindern, das geschmolzene zerstäubende Objekt an der konvergierenden
Linse zur mechanischen Bearbeitung haften.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung
klarer verstanden, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen
vorgenommen wird, in welchen:
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1 ein
Diagramm ist, dass die herkömmlichen
Prinzipien einer Detektion durch Laserstrahlen darstellt;
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2 ein
Flussdiagramm ist, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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3 ein
Diagramm ist, das eine Konfiguration auf der Basis der Prinzipien
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ein
Diagramm ist, das darstellt, wie ein optischer Detektionssensor
gestreute Laserstrahlen detektiert;
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5 ein
Diagramm ist, das ein Beispiel einer Beobachtung des Zustands der
Laserstrahloszillation durch die gestreuten Strahlen darstellt;
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6 ein
Diagramm ist, das eine Überwachung
von Oszillationsimpulswellenformen zeigt;
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7 ein
Diagramm ist, das die zu überwachenden
Inhalte und Inhalte darstellt, die je nach den Messpositionen und
den Differenzen zwischen Positionen beurteilt werden können; und
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8 ein
Blockdiagramm ist, das ein Beispiel einer Gesamtkonfiguration eines
Systems gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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2 ist
ein Flussdiagramm, das die Prinzipien des Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Die vorliegende Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein optischer Detektionssensor entlang einem Laserstrahltransmissionsweg
angeordnet ist (S1), ein gestreuter Strahl, der aus dem Laserstrahltransmissionsweg
gestreut wird, durch den optischen Detektionssensor detektiert wird (S2)
und somit die Charakteristiken eines Laserstrahls erhalten werden
können
(S3), indem die Ausgabe des optischen Detektionssensors empfangen wird.
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3 ist
ein Diagramm, das eine Konfiguration basierend auf den Grundlagen
der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Figur bezeichnet Bezugsziffer 20 einen
Laserstrahloszillator, der Laserstrahlen erzeugt, bezeichnet 1 den
durch den Laserstrahloszillator 20 erzeugten Laserstrahl,
bezeichnet 21 eine Kondensorlinse zum Lenken von Strahlen
in eine Lichtleitfaser, die die Laserstrahlen 1 empfängt, zusammenführt und
die Laserstrahlen in eine Lichtleitfaser lenkt, bezeichnet 22 eine
Lichtleitfaser als einen Laserstrahltransmissionsweg, der einen
durch den Laserstrahloszillator 20 erzeugten Laserstrahl überträgt, bezeichnet 23 eine
Kollimatorlinse, um parallele Strahlen zu erhalten, indem die aus
der Lichtleitfaser 22 emittierten Laserstrahlen empfangen
werden, und 24 bezeichnet eine Kondensorlinse zur mechanischen
Bearbeitung, um die Ausgabe der Kollimatorlinse 23 zu empfangen
und die Laserstrahlen auf einem mechanisch zu bearbeitenden Objekt
zusammenzuführen.
Der Laserstrahltransmissionsweg meint im allgemeinen Sinne einen
optischen Transmissionsweg, der vom Laserstrahloszillator 20 zu
einem mechanisch zu bearbeitenden Objekt verläuft. Bezugsziffer 25 bezeichnet
ein Linsenschutzglas, um geschmolzene zerstäubende Objekte abzuhalten, die
während
der Periode einer Laserstrahlbestrahlung an dem mechanisch zu bearbeitenden
Objekt erzeugt werden, und 26 bezeichnet ein durch den
Laserstrahl mechanisch zu bearbeitendes Objekt.
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Bezugsziffern 11 bis 16 bezeichnen
optische Detektionssensoren, die entlang dem Laserstrahltransmissionsweg
vorgesehen sind, 27 bezeichnet eine arithmetische Steuersektion,
um die Charakteristiken des Laserstrahls zu erhalten, indem bei
Empfang der Ausgabe der optischen Detektionssensoren 11 bis 16 ein
vorbestimmter Prozess ausgeführt
wird, und 28 bezeichnet eine Anzeigesektion, um den Zustand
des Lasers anzuzeigen. Ein Mikroprozessor wird z.B. als die arithmetische
Steuersektion 27 verwendet. Beispielsweise wird als die
Anzeigesektion 28 eine Flüssigkristallanzeigesektion,
eine CRT, eine Plasmaanzeige etc. genutzt. 3 zeigt
ein Beispiel, in welchem mehrere optische Detektionssensoren angeordnet
sind; die grundlegenden Charakteristiken des Laserstrahls können aber
erhalten werden, falls es zumindest einen optischen Detektionssensor
gibt.
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Der
Laserstrahl 1 wird vom Laserstrahloszillator 20 emittiert.
Der emittierte Laserstrahl 1 wird durch die folgende Kondensorlinse 21 so
zusammengeführt,
dass er auf eine Eingangsfläche
der Lichtleitfaser 22 fokussiert wird, und tritt in die
Lichtleitfaser ein. Der Laserstrahl wird, nachdem er durch die Licht leitfaser 22 gelangt
ist, aus der Lichtleitfaser 22 in die Kollimatorlinse 23 emittiert.
Die Kollimatorlinse 23 macht die aus der Lichtleiterfaser
emittierten gestreuten Strahlen zu parallelen Strahlen.
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Die
durch die Kollimatorlinse 23 parallelisierten Laserstrahlen
treten in die Kondensorlinse 24 zur mechanischen Bearbeitung
ein. Die Kondensorlinse 24 zur mechanischen Bearbeitung
führt die
parallelen Strahlen zusammen, und das mechanisch zu bearbeitende
Objekt 26 wird damit bestrahlt. Durch die Bestrahlung der
Laserstrahlen durchäluft
das mechanisch zu bearbeitende Objekt 26 Prozesse wie z.B. Bohren,
Schneiden, Schweißen
und eine thermische Bearbeitung. Da das Linsenschutzglas 25 zwischen der
Kondensorlinse 24 zur mechanischen Bearbeitung und dem
mechanisch zu bearbeitenden Objekt 26 angeordnet ist, ist
es in diesem Fall möglich,
zu verhindern, dass geschmolzene zerstäubende Objekte, die am mechanisch
zu bearbeitenden Objekt 26 erzeugt werden, an der Kondensorlinse 24 zur mechanischen
Bearbeitung haften.
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Während der
Periode einer solchen Reihe von Prozessen zur mechanischen Bearbeitung
mittels Laserstrahlen überwacht
jeder der optischen Detektionssensoren 11–16 die
gestreuten Laserstrahlen an jeder Installationsposition. 4 ist
ein Diagramm, das darstellt, wie der optische Detektionssensor die
gestreuten Laserstrahlen detektiert. Die gleichen Buchstaben oder
Ziffern sind den selben wie denjenigen in 3 zugeordnet.
Man nimmt an, dass sich der Laserstrahl 1 wie schematisch
gezeigt ausbreitet. Zu diesem Zeitpunkt wird angenommen, dass die
Ausgangswellenform des Laserstrahloszillators (siehe 3)
eine durch A dargestellte ist. Die vertikale Achse repräsentiert
die Laserstrahlleistung, und die horizontale Achse repräsentiert
die Zeit. Der Laserstrahl mit solch einer Wellenform wird vom Laserstrahloszillator 20 emittiert.
Zu dieser Zeit erzeugt der Laserstrahl 1 gestreute Strahlen
X, die bezüglich
der Richtung, in der der Laserstrahl durchgeht, in zufällige Richtungen
streuen. Die gestreuten Strahlen X werden durch einen optischen
Detektionssensor 30 detektiert. Der optische Detektionssensor 30 entspricht
jedem der in 3 gezeigten jeweiligen optischen
Detektionssensoren 11–16.
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Eine
PD (Photodiode) wird z.B. als der optische Detektionssensor 30 genutzt.
Der optische Detektionssensor 30 ist dann dafür eingerichtet,
die gestreuten Strahlen X in der Richtung von etwa 90 Grad bezüglich der
Richtung, in der der Laserstrahl durchgeht, zu detektieren (überwachen).
Die durch den optischen Detektionssensor 30 detektierten
Signale werden in elektrische Signale umgewandelt und auf einem
Oszilloskop 31 als eine Wellenform B beobachtet, die im
wesentlichen die gleiche wie die Oszillationswellenform A des Laserstrahloszillators 20 ist.
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5 und 6 sind
Diagramme, die einen Fall zeigen, in welchem eine Überwachung
eines Zustands einer Laserstrahloszillation durch ein Verfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung durchgeführt wird. 5 ist
ein Diagramm, das ein Beispiel einer Beobachtung des Zustands einer
Laserstrahloszillation durch die gestreuten Strahlen darstellt.
In der Figur repräsentiert
die horizontale Achse die Ausgabe eines Leistungsmessgeräts, und
die vertikale Achse repräsentiert
die Ausgabe eines Leistungsmessgeräts (W) und die Ausgabe eines
optischen Detektors (V). Diese Figur zeigt die gemessenen Werte
des Leistungsmessgeräts
bzw. die gemessenen Werte des optischen Detektionssensors (detektierte
Ausgaben), wenn ein Laserstrahloszillator mit kontinuierlicher Oszillation
verwendet und nur die Ausgabe variiert wird, während die Oszillationszeit
konstant gehalten wird. P zeigt die Ausgangswellenform des Leistungsmessgeräts (dargestellt
durch eine Schraffur), bzw. K zeigt die Ausgabe des optischen Detektionssensors.
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In
der Figur wird die Ausgabe P des Leistungsmessgeräts erhalten,
indem die Leistung des Laserstrahls direkt gemessen wird, und die
Ausgabe K des optischen Detektionssensors repräsentiert die Stärke des
gestreuten Strahls, die gleichzeitig durch den optischen Detektionssensor
gemessen wird. Falls die Leistung des Laserstrahls erhöht wird, nimmt
die Ausgabe des Leistungsmessgeräts
linear zu, wie durch P dargestellt ist. Im Gegensatz dazu repräsentiert
die Ausgabe K des optischen Detektionssensors einen gesättigten
Zustand bis zu einem gewissen Grad im Bereich hoher Ausgabe; aber
man kann sagen, dass die Ausgabe K auch im wesentlichen im Verhältnis zur
Ausgabe des Leistungsmessgerätes
zunimmt. Daher ist es möglich,
dass eine Messung unter Verwendung der Ausgabe des optischen Detektionssensors
anstelle einer Messung der Strahlleistung unter Verwendung des Strahlleistungsmessgeräts durchgeführt wird.
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6 ist
ein Diagramm, das die Überwachung
der Wellenform von Oszillationsimpulsen zeigt. Die Figur auf der
linken Seite zeigt eine eingestellte Wellenform, und die Figur auf
der rechten Seite zeigt eine Wellenform f1 der Stromversorgung und eine überwachte
Wellenform f2 des optischen Sensors, die ihr entspricht. In diesem
Fall können
die Ergebnisse der Inspektion der Impulswellenform bestätigt werden,
indem die gestreuten Strahlen unter Verwendung eines Impulsoszillations-YAG-Lasers überwacht
werden, der mit einer Steuerfunktion für Impulswellenformen ausgestattet
ist. In dieser Figur sind die drei Wellenformen dargestellt: die
Impulswellenform (dargestellt durch eine Schraffur), die unter Verwendung
einer Anzeige zur Einstellung von Impulswellenformen eingestellt
wird; die Wellenform f1 der Stromversorgung des Laserstrahloszillators
zu dieser Zeit; und die Stärke
f2 des gestreuten Strahls, der durch den optischen Detektionssensor überwacht
wird. Die Wellenform f1 der Stromversorgung und die überwachte
Wellenform f2 des optischen Sensors sind einander ähnlich.
Wie oben beschrieben wurde, stellt man fest, dass eine der Wellenform der
Stromversorgung ziemlich ähnliche
Wellenform beobachtet werden kann, indem die gestreuten Strahlen überwacht
werden.
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Der
optische Detektionssensor 11 ist zwischen dem Laserstrahloszillator 20 und
der Kondensorlinse 21 zum Lenken von Strahlen in eine Lichtleitfaser
angeordnet, der optische Detektionssensor 12 ist zwischen
der Kondensorlinse 21 zum Lenken von Strahlen in eine Lichtleitfaser
und der Lichtleiterfaser 22 angeordnet, der optische Detektionssensor 13 ist zwischen
der Lichtleitfaser 22 und der Kollimatorlinse 23 angeordnet,
der optische Detektionssensor 14 ist zwischen der Kollimatorlinse 23 und
der Kondensorlinse 24 zur mechanischen Bearbeitung angeordnet, der
optische Detektionssensor 15 ist zwischen der Kondensorlinse 24 zur
mechanischen Bearbeitung und dem Linsenschutzglas 25 angeordnet,
und der optische Detektionssensor 16 ist zwischen dem Linsenschutzglas 25 und
dem mechanisch zu bearbeitenden Objekt 26 angeordnet.
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Nun
wird mit Verweis auf 3 die Erläuterung wieder aufgenommen.
Die optischen Detektionssensoren 11 bis 16 erzeugen
die jeweiligen Detektionsausgaben während der Periode einer mechanischen
Bearbeitung mittels Laserstrahlen für die arithmetische Steuersektion 27.
Die arithmetische Steuersektion 27 führt auf der Basis der Ausgaben der
jeweiligen optischen Detektionssensoren 11 bis 16,
welche die arithmetische Steuersektion empfangen hat, notwendige
arithmetische Prozesse durch und zeigt das Ergebnis wie erforderlich
an.
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7 ist
ein Diagramm, das die zu überwachenden
Inhalte und die Inhalte zeigt, die je nach den Messpositionen und
den Differenzen zwischen den Positionen beurteilt werden können. Es
wird angenommen, dass die die optischen Detektionssensoren 11 bis 16 bezeichnenden
Bezugsziffern als die Symbole verwendet werden, die die Messpositionen
repräsentieren.
Es ist möglich,
zu allen Zeiten den Zustand des Laserstrahloszillators und des optischen Transmissionssystems,
das in der Laserstrahlmaschine eingebaut ist, zu überwachen,
indem die Inhalte der jeweiligen optischen Detektionssensoren 11 bis 16 überwacht
werden. Die Inhalte, die durch die optischen Detektionssensoren
bestätigt
werden können,
und die Inhalte, die auf der Basis der Differenzen zwischen den
Sensorausgaben vor und nach jeder der optischen Komponenten beurteilt
werden können,
werden im folgenden erläutert.
- 1. Optischer Detektionssensor 11 (installiert
unmittelbar nach dem Laserstrahloszillator)
(i) Ob der Laserstrahloszillator 20 gemäß der von der
arithmetischen Steuersektion 27 gesendeten Anweisung erzeugt
hat, wird bestätigt.
(ii) Überwachung
der effektiven Ausgabe des Laserstrahloszillators 20
(iii)
Impulsbreite und Impulswellenform, wenn ein Impulslaser genutzt
wird.
(iv) Laserstrahloszillationszeit, wenn ein Laser mit kontinuierlicher
Oszillation verwendet wird.
In diesem Fall schließen mögliche Aktionen
und Maßnahmen
eine automatische Einstellung oder Justierung und Meldung einer
Anomalie auf der Basis des Vergleichs mit dem Standardwert, eine Meldung
einer Anomalie basierend auf dem Vergleich mit dem Standardwert
etc. ein.
- 2. Messung einer Differenz zwischen den optischen Detektionssensoren 11 und 12.
Bruch
oder Kontamination der Kondensorlinse 21 zum Lenken des
Strahls in eine Lichtleitfaser
In diesem Fall schließen mögliche Aktionen
und Maßnahmen
die Meldung einer Anomalie ein.
- 3. Messung einer Differenz zwischen dem optischen Detektionssensor 12 und
dem optischen Detektionssensor 13.
Bruch der Lichtleitfaser 22 oder
schlechte Mittenjustierung zwischen der Linse zum Lenken von Strahlen
in eine Lichtleitfaser und der Lichtleitfaser
In diesem Fall
schließen
mögliche
Aktionen und Maßnahmen
die Meldung einer Anomalie ein.
- 4. Messung einer Differenz zwischen dem optischen Detektionssensor 13 und
dem optischen Detektionssensor 14.
Bruch oder Kontamination
der Kollimatorlinse 23
In diesem Fall schließen mögliche Aktionen
und Maßnahmen
eine Meldung einer Anomalie ein.
- 5. Messung einer Differenz zwischen dem optischen Detektionssensor 14 und
dem optischen Detektionssensor 15.
Bruch oder Kontamination
der Kondensorlinse zur mechanischen Bearbeitung
In diesem Fall
schließen
mögliche
Aktionen und Maßnahmen
eine Meldung einer Anomalie ein.
- 6. Messung einer Differenz zwischen dem optischen Detektionssensor 15 und
dem optischen Detektionssensor 16.
Kontamination des
Linsenschutzglases 25
In diesem Fall schließen mögliche Aktionen
und Maßnahmen
einen Austausch des Schutzglases ein.
- 7. Optischer Detektionssensor 16
Überwachen
der effektiven Energie zur mechanischen Bearbeitung
Ob das
mechanisch zu bearbeitende Objekt 26 mit einem Laserstrahl
gemäß der Anweisung
bestrahlt wurde, die von der arithmetischen Steuersektion 27 gesendet
wurde, wird bestätigt.
Messung
der effektiven Energie zur mechanischen Bearbeitung
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Es
ist möglich,
dass die arithmetische Steuersektion 27 die Leistung des
Laserstrahls auf einen optimalen Wert einstellt, indem die Differenz
vom Standardwert, wie oben beschrieben wurde, berechnet wird, und
gleichzeitig die Ausgabe des optischen Detektionssensors auf der
Anzeigesektion 28 anzuzeigen, wie sie ist.
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In
diesem Fall schließen
mögliche
Aktionen und Maßnahmen
eine automatische Justierung und Meldung einer Anomalie auf der
Basis eines Vergleichs mit dem Standardwert und eine Meldung einer
Anomalie ein, falls das Vorhandensein oder Fehlen der Laserstrahlbestrahlung
von Belang ist.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung der optische Detektionssensor dafür eingerichtet, die gestreuten
Strahlen, die aus dem Laserstrahltransmissionsweg gestreut werden,
zu detektieren, und daher ist es möglich, dass der optische Detektionssensor
den Zustand des Laserstrahls detektiert, ohne die Eigenschaften
des Laserstrahls zu beeinflussen. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es deshalb möglich,
zu überwachen:
die vom Laserstrahloszillator 20 emittierte effektive Energie,
mit der das mechanisch zu bearbeitende Objekt 26 bestrahlt
wird, und den Oszillationszustand, ohne die Eigenschaften des Laserstrahls
zu beeinflussen. Es ist auch möglich,
die Bedingungen der effektiven Energie beizubehalten, mit der das
mechanisch zu bearbeitende Objekt 26 bestrahlt wird, und
eine Situation automatisch zu detektieren und anzuzeigen, in der
eine Wartung notwendig ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung empfängt
außerdem
die arithmetische Steuersektion 27 die Ausgabe des optischen
Detektionssensors, führt einen
vorbestimmten arithmetischen Prozess durch und zeigt das Ergebnis
auf der Anzeigesektion 28, und daher ist es möglich, eine Überwachung
in Echtzeit in Bezug darauf, ob ein Laserstrahl durchgegangen ist,
oder die Größe der Ausgabe
durchzuführen.
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In
der vorliegenden Erfindung kann die arithmetische Steuersektion 27 überwachen:
ob es Störungen
im Laserstrahltransmissionsweg gibt, und die effektive Energie,
mit der das mechanisch zu bearbeitenden Objekt 26 bestrahlt
wird, indem die Ausgabe des optischen Detektionssensors empfangen wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung werden außerdem
die Standardwerte der effektiven Energie zur mechanischen Bearbeitung,
der Impulswellenform, der Bestrahlungszeit etc. vorher in einem
Speichermittel als die Bedingungen für eine mechanische Bearbeitung
gespeichert, unter denen Produkte hoher Qualität erhalten werden können, und
die überwachten
Werte werden zu allen Zeiten mit den Standardwerten verglichen,
und deshalb ist es möglich, die
Laserstrahlmaschine und die Qualität der mechanischen Bearbeitung
zu steuern und gleichzeitig die optimalen Bedingungen automatisch
beizubehalten und zu steuern, indem die Rückkoppelung über die Vergleichsergebnisse
an den Laserstrahloszillator 20 geliefert werden. Da die
arithmetische Steuersektion 27 die Ausgabe des optischen
Detektionssensors mit dem Standardwert des optischen Detektionssensors vergleicht,
der vorher in einem Speichermittel gespeichert wurde, ist es mit
anderen Worten möglich,
die Stärke
des Laserstrahls auf der Basis der Vergleichsergebnisse auf einen
optimalen Wert einzustellen.
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Durch
Beurteilen, welcher Detektionssensor Störungen detektiert hat, ist
es außerdem
noch möglich,
den Teil des Laserstrahltransmissionswegs zu bestimmen, an welchem
die Störungen
existieren, und daher Sofortmaßnahmen
zu ergreifen.
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8 ist
ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer gesamten Konfiguration
eines Systems der vorliegenden Erfindung zeigt. Die gleichen Buchstaben
oder Ziffern sind den gleichen Komponenten wie denjenigen in 3 zugeordnet.
In der Figur bezeichnet Ziffer 20 den Laserstrahloszillator.
Ziffer 21 bezeichnet die Kondensorlinse zum Zusammenführen und
Lenken der Ausgaben vom Laserstrahloszillator 20 in eine
Lichtleitfaser, und 40 bezeichnet einen Verbinder der Lichtleitfaser,
um die Ausgangsstrahlen von der Kondensorlinse zum Lenken von Strahlen
in eine Lichtleitfaser in die Lichtleitfaser 22 zu lenken.
Ziffer 22 bezeichnet die Lichtleitfaser zum Übertragen
des Laserstrahls, und 41 bezeichnet einen Verbinder für die Lichtleitfaser,
um den aus der Lichtleitfaser 22 emittierten Laserstrahl
in die Kollimatorlinse 23 zu leiten.
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Ziffer 23 bezeichnet
die Kollimatorlinse, um die von der Lichtleitfaser 22 emittierten
Strahlen zu empfangen, um parallele Laserstrahlen zu erhalten, 42 bezeichnet
einen Umlenkspiegel, um den von der Kollimatorlinse 23 emittierten
Laserstrahl um 90 Grad umzulenken, 24 bezeichnet die Kondensorlinse
zur mechanischen Bearbeitung, um den Laserstrahl vom Biegespiegel 42 zu
empfangen und den Laserstrahl auf das mechanisch zu bearbeitende
Objekt 26 zusammenzuführen, 26 bezeichnet
das mechanisch zu bearbeitende Objekt, und 43 bezeichnet
einen Tisch, um das mechanisch zu bearbeitende Objekt 26 zu platzieren
und in einer dreidimensionalen Richtung (in der X-, Y- und Z-Richtung) zu bewegen.
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Ziffer 50 bezeichnet
eine Steuereinheit, um die gesamte Operation des Systems zu steuern.
In der Steuereinheit 50 bezeichnet Ziffer 44 eine
Empfangssektion für
optische Sensoren, um die Ausgaben der optischen Detektionssensoren 11 bis 16 zu empfangen,
die im Laserstrahltransmissionsweg angeordnet sind, 45 bezeichnet
eine Datenbank für Standardwerte
des Laserzustands, in der die Standardwerte der Laserstrahlbedingungen
gespeichert sind, und 27 bezeichnet die arithmetische Steuersektion,
um die Ausgabe von der Empfangssektion 44 für optische
Sensoren zu empfangen und einen vorbestimmten Prozess auszuführen, um
die Charakteristiken eines Laserstrahls zu erhalten. Als die arithmetische
Steuersektion 27 wird z.B. ein Mikroprozessor verwendet.
Ziffer 28 bezeichnet die Anzeigesektion, die mit der arithmetischen
Steuersektion 27 verbunden ist und welche Fehler anzeigt,
die aufgetreten sind, den Ort, wo die Fehler aufgetreten sind etc.
Als die Anzeigesektion 28 wird die oben erwähnte Flüssigkristallanzeige,
eine CRT, eine Plasmaanzeige etc. verwendet.
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Ein
Signal zur Steuerung der Laserstrahloszillationen wird von der Steuereinheit 50 an
den Laserstrahloszillator 20 abgegeben, und ein Tischsteuersignal
wird an den Tisch 43 abgegeben. Ziffern 11 bis 16 bezeichnen
die optischen Detektionssensoren, die an die jeweiligen Positionen
im Laserstrahltransmissionsweg angeordnet sind. Als der optische Detektionssensor
wird z.B. eine Sonnenbatterie, eine Photodiode etc. genutzt. Die
Operationen in dem in der oben erwähnten Weise konfigurierten
System sind wie folgt:
Der Laserstrahlsozillator 20 wird
durch das von der Steuereinheit 50 abgegebene Signal zur
Steuerung der Laserstrahloszillationen angesteuert und emittiert Laserstrahlen.
Nachdem sie durch die Kondensorlinse 21 zum Lenken von
Strahlen in eine Lichtleitfaser zusammengeführt sind, treten die emittierten
Laserstrahlen über
den Verbinder der Lichtleitfaser in die Lichtleitfaser 22 ein.
Die Laserstrahlen, die durch die Lichtleitfaser 22 durchgegangen
sind, treten über den
Verbinder 41 der Lichtleitfaser in die Kollimatorlinse 23 ein.
Die Kollimatorlinse 23 wandelt die Einfallsstrahlen in
parallele Strahlen um. Die von Kollimatorlinse 23 emittierten
Laserstrahlen werden durch den folgenden Umlenkspiegel 24 um
90 Grad umgelenkt und treten in die Kondensorlinse 24 zur mechanischen
Bearbeitung ein. Die Kondensorlinse 24 führt die
Einfallsstrahlen zusammen, um sie auf dem mechanisch zu bearbeitenden
Objekt 26 zu fokussieren.
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Infolgedessen
können
verschiedene Prozesse an dem mechanisch zu bearbeitenden Objekt 26 durchgeführt werden.
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Der
Tisch 43 empfängt
hier das Steuersignal zur Steuerung des Tisches von der Steuereinheit 50 und
bewegt sich um eine vorbestimmte Distanz in drei Richtungen. Wenn
z.B. eine lineare Rille erzeugt wird, wird das mechanisch zu bearbeitende
Objekt 26 in zwei Richtungen bewegt.
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Während der
Periode einer solchen Reihe von Operationen treten auf der anderen
Seite die Ausgaben der optischen Detektionssensoren 11 bis 16 in
die Empfangssektion 44 für optische Sensoren ein. Die
arithmetische Steuersektion 27 empfängt die Ausgabe von der Empfangssektion 44 für optische Sensoren,
führt verschiedene,
in 7 gezeigte arithmetische Prozesse aus und zeigt
die Ergebnisse auf der Anzeigesektion 28 an. Die arithmetische Steuersektion 27 vergleicht
außerdem
die Standardwerte der Laserstrahlabgabe, die in der Datenbank 45 für Standardwerte
des Laserzustandes gespeichert sind, mit den Werten, die durch die
optischen Detektionssensoren 11 bis 16 bei Empfang
der optischen Detektionssignale detektiert werden. Die arithmetische
Steuersektion 27 sendet dann ein Signal zur Steuerung der
Laserstrahloszillation auf der Basis der Vergleichsergebnisse an
den Laserstrahloszillator 20, so dass die Ausgabe des Laserstrahloszillators
ein optimaler Wert ist. In diesem Fall beinhalten die Vergleichsoperationen
z.B. das Vorsehen einer Rückkopplung,
so dass der Standardwert einer Laserstrahlabgabe gleich dem gemessenen
Wert wird, der durch den optischen Detektionssensor detektiert wird.
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Wie
oben beschrieben wurde, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung
möglich,
die effektive Energie vom Laserstrahloszillator, mit der das mechanisch
zu bearbeitende Objekt bestrahlt wird, und den Zustand einer Oszillation
zu überwachen,
ohne die Eigenschaften eines Laserstrahls zu beeinflussen, und eine Überwachung
kann durchgeführt
werden, indem auf der Anzeigesektion die Charakteristiken des Laserstrahls
an der Position jeder optischen Komponente in dem Laserstrahltransmissionssystem in
Echtzeit angezeigt wird. Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist es außerdem
möglich,
das Auftreten von Störungen
zu verhindern, die die anormale Oszillation des Laserstrahloszillators
und einen Bruch und eine Kontamination des optischen Transmissionssystems
be gleiten. Außerdem
ist es noch möglich,
den Teil zu bestimmen, an welchem Störungen aufgetreten sind, und
daher Sofortmaßnahmen
zu treffen.