DE102012022056A1

DE102012022056A1 - Laserbearbeitungssystem mit einer Hilfssteuereinrichtung

Info

Publication number: DE102012022056A1
Application number: DE102012022056A
Authority: DE
Inventors: Atsushi Mori
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2012-11-09
Publication date: 2013-05-23
Anticipated expiration: 2032-11-10
Also published as: US20130126492A1; CN103121146B; DE102012022056B4; CN103121146A; JP5249403B2; JP2013107089A; US8890028B2

Abstract

Ein Laserbearbeitungssystem umfasst: eine numerische Steuervorrichtung (1), die ein Laserabgabesignal und ein digitales Signal ausgibt; einen Wandler (231), der das Laserabgabesignal in ein analoges Signal umwandelt; eine Impulssignalerzeugungseinrichtung (22), die ein Impulssignal zum Steuern des analogen Signals erzeugt; eine Hilfssteuereinrichtung (7), die ein logisches Signal erzeugt, das ein Senden/Anhalten eines Laserstrahls zwingendermaßen steuert; eine logische Operationseinheit (28, 29), die ein Ergebnis der logischen Operation zwischen dem Impulssignal und dem logischen Signal ausgibt; eine Schaltvorrichtung (27), die ein Laseransteuersignal zum alternierenden Senden/Anhalten der Laserabgabe auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses erzeugt; und einen Sensor (6) zum Messen einer Intensität von Licht, das von einem Werkstück abgestrahlt oder reflektiert wird, das mit einem Laserstrahl bestrahlt wird. Die Hilfssteuereinrichtung (7) erzeugt das logische Signal gemäß der Intensität des Lichts, das durch den Sensor (6) gemessen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungssystem, und insbesondere ein Laserbearbeitungssystem mit einer Hilfssteuereinrichtung zum Steuern einer Abgabe eines Lasers mit hoher Geschwindigkeit.
Hintergrund der Erfindung
Laserbearbeitungssysteme wurden in den vergangenen Jahren durch eine numerische Steuervorrichtung gesteuert, die eine CNC (numerische Computersteuerung, ”computer numeric control”) durchführt, und es können verschiedene Funktionen durch eine digitale Steuerung von Software realisiert werden. In diesen Laserbearbeitungssystemen wird ein Laserstrahl durch Entladungserregen eines Lasermediums durch eine Laserstromquellenvorrichtung oder Bestrahlen eines Lasermediums mit einem Erregungslicht aus einer Erregungslichtquelle erlangt. Der Laserstrahl wird auf einem kleinen Bereich eines Werkstücks durch eine Kondensorlinse oder dergleichen gesammelt, um eine Laserbearbeitung durchzuführen.
In einem derartigen System wird ein digitales Signal aus der numerischen Steuervorrichtung in ein analoges Signal umgewandelt, und wird das analoge Signal einer Laserstromzufuhrvorrichtung zugeführt. Die Laserstromquellenvorrichtung führt einem Lasermedium gemäß dem analogen Signal elektrische Energie zu. Auf eine solche Art und Weise wird ein Laserstrahl mit einer Intensität gemäß Anweisung bei einer angewiesenen Zeitgabe abgegeben. Aus der numerischen Steuervorrichtung wird ein digitales Signal in kurzen Zyklen von 0,5 [ms] bis 8 [ms] gesendet. Das digitale Signal wird in ein analoges Signal umgewandelt, und das analoge Signal wird zu der Laserstromquellenvorrichtung gesendet. Des Weiteren wird das Lasermedium erregt, und wird ein Laserstrahl abgestrahlt. In vielen Fällen wird der Vorgang von der Digitalsignalsendung bis zur Abgabe des Laserstrahls innerhalb von 0,1 [ms] vollendet.
Der Vorgang zum Laserschneiden eines Werkstücks durch Bestrahlen des Werkstücks mit einem Laserstrahl liegt wie folgt vor. Zuerst wird ein Bearbeitungskopf zum Sammeln eines Laserstrahls auf dem Werkstück nahe an einen Schneidanfangspunkt in dem Werkstück verbracht. Nachdem der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf und dem Werkstück optimiert ist, wird ein Lochbildungsvorgang bei dem Schneidanfangspunkt auf dem Werkstück durchgeführt. Nach Vollendung des Lochbildungsvorgangs wird die Bestrahlungsposition des Laserstrahls in eine gewünschte Richtung bewegt und wird das Schneiden des Werkstücks durchgeführt.
Tritt eine Anomalie in der Laserbearbeitung auf dem Werkstück auf, dann muss die Abgabe des Laserstrahls sofort angehalten werden, um einen Schaden an dem Werkstück zu minimieren. Eine Anomalie in der Laserbearbeitung kann als anomales Abstrahllicht von einem Bearbeitungspunkt in dem Werkstück erfasst werden, das mit dem Laserstrahl bestrahlt wird. Eine Technik zum Erfassen einer Anomalie in der Laserbearbeitung gemäß einer Intensität von Abstrahllicht aus dem Verarbeitungspunkt ist bekannt (zum Beispiel Patentdokument 1).
Der Aufbau eines konventionellen Laserbearbeitungssystems wird unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. Gemäß einem Steuersignal aus einem Prozessor 1021 steuert eine E/A-Einheit 1024 einen Laseroszillator 1002 an. Aus dem Laseroszillator 1002 wird ein impulsförmiger Laserstrahl 1006 abgestrahlt. Der Laserstrahl 1006 wird durch einen Spiegel 1003 reflektiert und zu einer Lasermaschine 1004 gesendet.
Die Lasermaschine 1004 ist mit einem Tisch 1007, an dem ein Werkstück 1008 fixiert ist, und einem Bearbeitungskopf 1005 zum Bestrahlen des Werkstücks 1008 mit dem Laserstrahl 1006 versehen. Der Laserstrahl 1006, der in den Bearbeitungskopf 1005 eingeführt wird, wird nahe einer Prozessdüse 1005a gesammelt, und das gesammelte Licht wird zu dem Werkstück 1008 abgestrahlt. Die Lasermaschine 1004 ist mit Servomotoren 1009 und 1010 zum Bewegen des Tisches 1007 in der X- und Y-Achse versehen. Die Lasermaschine 1004 ist ebenso mit einem Servomotor 1011 zum Bewegen des Bearbeitungskopfes 1005 in den vertikalen Richtungen versehen. Die Servomotoren 1009, 1010 und 1011 sind jeweils mit Servoverstärkern 1027, 1028 und 1029 verbunden und werden gemäß Achsensteuersignalen aus dem Prozessor 1021 gedreht. Eine Anweisung an die Lasermaschine 1004 wird über einen Eingangs-/Ausgangs-Anschluss 1025 erteilt. An den Bearbeitungskopf 1005 ist eine Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung 1012 angefügt. Die Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung 1012 erfasst Abstrahllicht, das bei einem Bearbeitungspunkt (Schneidpunkt) über eine (nicht gezeigte) Linse erzeugt ist, und gibt ein Betragssignal proportional zu dem erfassten Lichtbetrag aus. Das Erfassungssignal wird durch einen Verstärker 1013 verstärkt, und das verstärkte Signal wird einem A/D-Wandler 1026 eingegeben, der das analoge Signal in ein digitales Signal umwandelt. Eine Ausgabe des A/D-Wandlers 1026 wird dem Prozessor 1021 zugeführt.
Während eines Schneidens des Werkstücks wird der Betrag an Licht, der durch die Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung 1012 erfasst ist und bei dem Bearbeitungspunkt erzeugt wird, dem das Licht zugeführt wird, über den Verstärker 1013 und den A/D-Wandler 1026 gelesen. Der Betrag des erfassten Lichts wird mit einem voreingestellten Kriteriumswert einer Bearbeitungsanomalie verglichen. Ist der Betrag des erfassten Lichts kleiner oder gleich dem Kriteriumswert, dann wird bestimmt, dass keine Bearbeitungsanomalie auftrat. Demgegenüber, wenn der Betrag des erfassten Lichts größer als der Kriteriumswert ist, dann gibt der Prozessor 1021 ein Anomaliesignal aus. Durch Schließen eines (nicht gezeigten) Laserstrahlblockier-Shutters in dem Laseroszillator 1002 über die E/A-Einheit 1024 wird die Bearbeitung angehalten. Es dauert zumindest einige Millisekunden bis zu einigen zehn Millisekunden oder länger, um den Laserstrahlblockier-Shutter auf der Grundlage des Lichtbetrags zu schließen, der durch die Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung 1012 erfasst ist.
In dem Fall des Steuerns der Abgabe des Lasers auf der Grundlage des Lichtabstrahlungsphänomens bei dem Bearbeitungspunkt durch die Laserbestrahlung, wie in der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik, liegt ein Fall vor, dass eine Antwortgeschwindigkeit zum Ausführen eines Prozesses innerhalb von 0,5 [ms] erforderlich ist, da eine Anomalie erfasst wird, bis der Prozess angehalten wird, um einen Schaden an dem Werkstück zu verhindern. Wie vorstehend beschrieben, dauert es in der herkömmlichen Technik jedoch einige wenige Millisekunden bis hin zu einigen zehn Millisekunden oder länger, da die Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung eine Anomalie erfasst, bis sie in einer Laserabgabe wiedergegeben wird, was zu einem Schaden an dem Werkstück führen kann.
Im Allgemeinen kann ein Laserschneiden nicht auf einem unbearbeiteten Werkstück unter Schneidbearbeitungsbedingungen von Beginn an durchgeführt werden. Im Einzelnen muss ein Lochbildungsvorgang zum Ausbilden eines Lochs bei einem Schneidanfangspunkt vor dem Schneidvorgang durchgeführt werden. Zuerst wird der Laserbearbeitungskopf nahe an das Werkstück verbracht und wird bei einer Höhe gehalten, die für den Lochbildungsvorgang auf dem Werkstück optimal ist. Kupfer, Messing oder eine Aluminiumlegierung als ein repräsentatives Material des Werkstücks weist eine hohe Reflektanz gegenüber Licht einschließlich des Infrarotbereichs auf, der für einen Hochabgabelaser verwendet wird. Ist die Position des Lichtsammelpunkts in dem Werkstück nicht optimal, beschädigt der durch die Oberfläche des Werkstücks reflektierte Laserstrahl den Spiegel in einem Laserresonator, eine Faser zur Erregung und dergleichen. Des Weiteren kann er einen Spiegel in einem Durchlass zur Strahltransmission, eine Linse und eine Faser beschädigen. Deshalb wird der Lichtsammelpunkt in einer optimalen Position positioniert, und dann muss der Laserstrahl abgestrahlt werden.
Selbst wenn das Werkstück eine flache Platte ist, kann das Werkstück zum Beispiel leicht gekrümmt sein. In dem Laserbearbeitungssystem wird der Abstand zwischen dem Werkstück und der Bearbeitungsdüse immer zum Beispiel durch Messen einer Kapazität zwischen ihnen gemessen. Es wird eine Regelung mit der Z-Achse derart durchgeführt, dass der Abstand zwischen ihnen konstant gehalten wird, um den Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück und die Position des Lichtsammelpunkts, von denen jeder eine enge Toleranz aufweist, konstant zu gestalten. Zu diesem Zeitpunkt dauert es einige wenige Millisekunden bis hin einige zehn Millisekunden oder mehr, da der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück einen optimalen Abstand einnimmt, bis eine Einstrahlung eines Laserstrahls begonnen wird, und verursacht eine Zunahme der Zeit.
Des Weiteren ist die für den Lochbildungsvorgang erforderliche Zeit nicht konstant. Das heißt, die Bearbeitungszeit variiert sogar für das gleiche Werkstück aufgrund von verschiedenen Faktoren, wie den Eigenschaften, der Temperatur und dergleichen der Oberfläche des Werkstücks. Deshalb wird in dem Laserschneiden die längste Zeit zum Vollenden des Lochbildungsvorgangs als eine Lochbildungsbearbeitungszeit gesetzt. Nachdem die gesetzte Bearbeitungszeit abgelaufen ist, wird der Schneidvorgang durchgeführt. Ein Laserbearbeitungssystem zum Erfassen der Vollendung eines Lochbildungsvorgangs durch eine Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung ist ebenso bekannt (zum Beispiel Patentdokument 2). Wenn der Lochbildungsvorgang beginnt, dann wird Licht stark bei dem Bearbeitungspunkt abgestrahlt. Schreitet der Lochbildungsvorgang voran und durchdringt das Loch das Werkstück, dann wird die Lichtabstrahlung abgeschwächt. Die Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung, die die Lichtabstrahlung bei der Prozesszeit erfasst, erfasst die Änderung in der Stärke und das Ende des Lochbildungsvorgangs. Danach wird die Laserabgabe angehalten, und wird der Schneidvorgang durchgeführt. Auf eine solche Art und Weise kann der Lochbildungsprozess gemäß der Länge der Ist-Lochbildungsvorgangszeit abgeschlossen werden. Deshalb kann die Taktzeit mehr als in dem Fall des Durchführens des Lochbildungsvorgangs unter Verwendung der längsten Lochbildungszeit verkürzt werden, unter Verwendung der längsten Lochbildungszeit, die als die Lochbildungsbearbeitungszeit gesetzt ist.
In dem konventionellen Verfahren, wie vorstehend beschrieben, dauert es jedoch einige wenige Millisekunden bis einige zehn Millisekunden oder länger, da ein Signal aus einer Lichtbetrags-Erfassungseinrichtung fortwährend empfangen wird, bis die Lasereinstrahlung tatsächlich angehalten wird. Die Zeit ist in dem Fall einer Laserbearbeitung nicht zu vernachlässigen, in der ein Bearbeitungsfehler auftritt, wenn eine Lasereinstrahlung andauert und die eingeführte Wärme übermäßig wird. Obwohl das Problem durch endloses Verkürzen des Interpolationszyklus der numerischen Steuervorrichtung gelöst werden kann, ist die Rechenleistung der numerischen Steuervorrichtung begrenzt, und es kann der Interpolationszyklus nicht verkürzt werden, wenn verschiedene effektive Funktionen nicht beseitigt werden. Folglich, damit der Interpolationszyklus der numerischen Steuervorrichtung verkürzt wird, wird die Software und Hardware in großem Maße geändert, die unter der Voraussetzung erzeugt wurde, dass die Steuerung in vorbestimmten Interpolationszyklen durchgeführt wird. Dies ist keine realistische Lösung.
Patentdokument 1: JP-A-5-154676
Patentdokument 2: JP-A-2-179377
Das herkömmliche Laserbearbeitungssystem weist ein Problem dahingehend auf, dass in einer digitalen Steuerung durch eine numerische Steuervorrichtung, da es für eine Lasersteueranweisung auf der Grundlage der Erfassung einer Anomalie durch einen Lichtbetragssensor oder einer Erfassung einer Vollendung eines Vorgangs bis zum Anhalten einer Laserabgabe zu viel Zeit erfordert.
Kurzfassung der Erfindung
Damit das Problem gelöst wird, umfasst ein Laserbearbeitungssystem gemäß der Erfindung: eine numerische Steuervorrichtung, die ein Laserabgabesignal zum Bestimmen eines Laserabgabewerts und ein digitales Signal zum Bestimmen einer Sendespanne und einer Anhaltespanne einer Laserabgabe in vorbestimmten Sendezyklen ausgibt; einen Wandler, der das Laserabgabesignal in ein analoges Signal umwandelt; einen Impulssignalgenerator, der ein Impulssignal zum Steuern des analogen Signals auf der Grundlage des digitalen Signals erzeugt; eine Hilfssteuereinrichtung, die ein logisches Signal erzeugt, das die Sendung oder das Anhalten des Laserstrahls zwingendermaßen steuert; eine logische Operationseinheit, die eine logische Operation zwischen dem Impulssignal und dem logischen Signal durchführt und die ein Ergebnis der logischen Operation ausgibt; eine Schaltvorrichtung, die ein Laseransteuersignal zum alternierenden Senden/Anhalten der Laserabgabe auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses erzeugt; und einen Sensor, der eine Intensität des Lichts misst, das von einem Werkstück abgestrahlt oder reflektiert wird, das mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der gemäß dem Laseransteuersignal abgegeben wird. Die Hilfssteuereinrichtung erzeugt das logische Signal gemäß der Intensität des durch den Sensor gemessenen Lichts.
In dem Laserbearbeitungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, vorzugsweise wenn die Intensität des von dem Werkstück abgestrahlten Lichts, das durch den Sensor gemessen wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Intensität ist, gibt die Hilfssteuereinrichtung ein logisches Signal zum Anhalten der Laserabgabe aus.
In dem Laserbearbeitungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn die Intensität des von dem Werkstück reflektierten Lichts, das durch den Sensor gemessen wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Intensität ist, kann die Hilfssteuereinrichtung ein logisches Signal zum Senden der Laserabgabe ausgeben.
In dem Laserbearbeitungssystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die logische Operationseinheit weiterhin eine Schalteinrichtung aufweisen, die zwischen der Verwendung und Nicht-Verwendung des logischen Signals schaltet, das von der Hilfssteuereinrichtung ausgegeben ist. Vorzugsweise wird das zu der Schalteinrichtung gesendete Steuersignal in vorbestimmten Sendezyklen von einer numerischen Steuervorrichtung zusätzlich zu einem Laserabgabesignal zum Bestimmen eines Laserabgabewerts und einem digitalen Signal zum Bestimmen einer Sendespanne und einer Anhaltespanne einer Laserabgabe gesendet.
In der Erfindung gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine logische Operation unter Verwendung eines Signals in einem vorbestimmten Sendezyklus aus der numerischen Steuervorrichtung und eines Hochgeschwindigkeitssignals aus der Hilfssteuereinrichtung durchgeführt, und es wird gemäß dem Ergebnis der logischen Operation die Laserabgabe ein-/ausgesteuert. Folglich wird zum Beispiel eine Anomalie einer Laserbearbeitung oder das Ende eines Prozesses mit hoher Geschwindigkeit durch die Hilfssteuereinrichtung erfasst und wird die Laserbestrahlung auf der Grundlage des Ergebnisses gesteuert, dann kann eine Erhöhung in der Geschwindigkeit verschiedene Prozesse realisiert werden. Des Weiteren kann ein flexibles Laserbearbeitungssystem derart realisiert werden, dass gemäß der Art der Laserbearbeitung, ein Senden/Anhalten eines Laserstrahls auf der Grundlage eines logischen Signals aus der Hilfssteuereinrichtung ausgewählt wird, oder wird eine Lasersteuerung lediglich durch eine Anweisung aus der numerischen Steuervorrichtung ohne Rücksichtnahme auf ein Signal von der Hilfssteuereinrichtung durchgeführt.
In der Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, während einer Bewegung des Bearbeitungskopfes hin zu einem Bearbeitungspunkt in einem Werkstück, zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Betrag an Licht von dem Werkstück, der gemäß einem Ergebnis der Bestrahlung eines Laserstrahls oder einer Abstandsmessung des Laserstrahls größer als ein voreingestellter Wert wird, kann eine Laserabgabe durch ein Signal aus der Hilfssteuereinrichtung erhöht werden. Folglich kann der Lochbildungsvorgang bei der frühesten Zeitgabe begonnen werden, und kann die Zeit der Laserbearbeitung verkürzt werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher werden. Es zeigen.
1 eine Aufbaudarstellung eines herkömmlichen Laserbearbeitungssystems;
2 eine Aufbaudarstellung eines Laserbearbeitungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
3 eine Aufbaudarstellung einer Schnittstellenschaltung in dem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang eines Laserbearbeitungsverfahrens gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 eine Signalverlauftabelle von Signalen in der Schnittstellenschaltung in dem ersten Ausführungsbeispiel;
6A und 6B Darstellungen, die jeweils die Beziehung zwischen einem Laserstrahl und Reflexionslicht zeigen, wenn ein Bearbeitungskopf nahe an ein Werkstück verbracht wird;
7 eine Aufbaudarstellung einer Schnittstellenschaltung in einem zweiten Ausführungsbeispiel;
8 ein Ablaufdiagramm, das den Vorgang eines Laserbearbeitungsverfahrens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
9 eine Signalverlauftabelle von Signalen in der Schnittstellenschaltung in dem zweiten Ausführungsbeispiel; und
10 eine Aufbaudarstellung einer Schnittstellenschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein Laserbearbeitungssystem beschrieben werden. Es sei darauf hingewiesen, dass der technische Schutzbereich nicht auf die Ausführungsbeispiele des Systems beschränkt ist, sondern die Erfindung mit umfasst, die in dem Schutzbereich der Patentansprüche und ihrer Äquivalente beschrieben ist.
Erstes Ausführungsbeispiel
2 zeigt eine Aufbaudarstellung eines Laserbearbeitungssystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
3 zeigt den Aufbau einer Schnittstellenschaltung in dem Laserbearbeitungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Ein Laserbearbeitungssystem 11 weist eine numerische Steuervorrichtung 1, die ein Laserabgabesignal zum Bestimmen eines Laserabgabewerts und ein digitales Signal zum Bestimmen einer Sendespanne und einer Anhaltespanne einer Laserabgabe ausgibt, einen Wandler 231, der das Laserabgabesignal in ein analoges Signal umwandelt, eine Hilfssteuereinrichtung 7, die ein logisches Signal erzeugt, das das Senden/Anhalten eines Laserstrahls zwingendermaßen steuert, eine Impulssignal-Erzeugungseinrichtung 22, die ein Impulssignal zum Steuern des analogen Signals auf der Grundlage des digitalen Signals erzeugt, eine logische Operationseinheit 28, die eine logische Operation unter Verwendung des Impulssignals und des logischen Signals durchführt und ein Ergebnis der logischen Operation ausgibt, und eine Schaltvorrichtung 27 auf, die ein Laseransteuersignal zum alternierenden Senden und Anhalten der Laserabgabe auf der Grundlage des Ergebnisses der logischen Operation erzeugt. Das Laserbearbeitungssystem 11 weist ebenso eine Laserstromquelleneinheit 31, die Lasererregungsenergie gemäß dem Laseransteuersignal erzeugt, eine Entladeröhre 32, die ein Lasermedium unter Verwendung der durch die Laserstromquelleneinheit 31 erzeugten Erregungsenergie erregt, einen Bearbeitungskopf 5, der ein Werkstück 55 mit einem durch die Entladeröhre 32 verstärkten Laserstrahl bestrahlt, und einen Sensor 6 auf, der die Intensität an Licht misst, das von dem Werkstück 55 als ein Ergebnis des Laserstrahls abgestrahlt oder reflektiert wird, der von dem Bearbeitungskopf 5 abgestrahlt wird. Das Laserbearbeitungssystem 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist durch einen Punkt charakterisiert, bei dem die Hilfssteuereinrichtung 7 ein logisches Signal erzeugt, das ein Senden/Anhalten eines Laserstrahls gemäß der Intensität des Lichts zwingendermaßen steuert, das durch den Sensor 6 gemessen ist.
Das Laserbearbeitungssystem 11 weist einen Servomotor 8 zum Bewegen eines Tisches 54, auf dem das Werkstück 55 in der horizontalen Richtung angeordnet ist, einen (nicht gezeigten) Motor, der den Bearbeitungskopf 5 in der vertikalen Richtung bewegt, und einen Servoverstärker 9 auf, der die Motoren ansteuert.
Als nächstes wird ein Laserbearbeitungsverfahren durch das Laserbearbeitungssystem 11 unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 5 beschrieben werden. In dem ersten Ausführungsbeispiel wird der Fall des Ausführens der Laserbearbeitung und, wenn ein anomales Abstrahllicht aus dem Werkstück erfasst wird, des Anhaltens der Laserbearbeitung als ein Beispiel beschrieben werden.
In Schritt S101 gibt die numerische Steuervorrichtung 1 ein Laserabgabesignal (vergleiche 3) zum Bestimmen eines Laserabgabewerts und digitale Signale DS1 und DS2 zum Bestimmen einer Sendespanne und einer Anhaltespanne der Laserabgabe über eine Schnittstelle 21 in vorbestimmten Sendezyklen aus. Die digitalen Signale DS1 und DS2 sind jeweils Signale zum Bestimmen der Lasersendespanne und der Laseranhaltespanne, um impulsförmige Laseransteuersignale zu erzeugen. Typischerweise beträgt jede der Sendespanne und der Anhaltespanne 10 [μm] bis 50 [ms]. Die digitalen Signale DS1 und DS2 sind digitale Daten von 10 Bits bis 16 Bits, und werden mit einem Sendezyklus (Interpolationszyklus) eines Bewegungsbetrags zum Bewegen des Werkstücks synchronisiert. Der ”Sendezyklus (Interpolationszyklus)” ist eine Spanne seit der steigenden Flanke eines Impulses, der die Sendespanne einer Laserabgabe bestimmt, bis zu der steigenden Flanke des nachfolgenden Impulses.
Selbst in einer Spanne ohne Laserabgabe, damit eine gewisse vorbereitende Energie in das Lasermedium injiziert wird, kann ein Vorspannsignal DS4 in der nachfolgenden Stufe ausgegeben werden, um eine Vorspann-Anweisungsspannung entsprechend dem Vorbereitungs-Energiebetrag zu dem Laseransteuersignal zu addieren, das der Laserstromzufuhr-Einheit zugeführt wird.
In Schritt S102 wandelt der Wandler 231 das Laserabgabesignal DS3 in ein analoges Signal AS1 um. 5 zeigt den Signalverlauf des analogen Signals AS1. In 5 gibt die horizontale Achse die Zeit an, und gibt die vertikale Achse den Spannungspegel an. Der Spannungswert des analogen Signals AS1 beträgt Vc [V] in der Spanne des Ansteuerns des Laserstrahls und beträgt 0 [V] in der Spanne des Anhaltens des Lasers. Wird das Vorspannsignal DS4 eingegeben, dann wird es in ein analoges Signal durch den Vorspann-Spannungswandler 232 umgewandelt, wodurch ein Vorspann-Anweisungssignal ASB erlangt wird.
In Schritt S103 erzeugt die Impulssignal-Erzeugungseinrichtung 22 ein Impulssignal LS2 auf der Grundlage der digitalen Signale DS1 und DS2. 5 zeigt den Signalverlauf des Impulssignals LS2. In der Laserstrahl-Sendespanne, die durch das digitale Signal DS1 bestimmt ist, ist der Wert des Impulssignals LS2 hoch ”H”. Demgegenüber, in der Laserstrahl-Anhaltespanne, die durch das digitale Signal DS2 bestimmt ist, ist der Wert des Impulssignals LS2 auf niedrig ”L”. Ist die Laserstrahl-Anhaltespanne vollendet, dann setzt die Impulssignal-Erzeugungseinrichtung 22 den Wert des Impulssignals LS2 wieder auf den hohen Pegel. Durch Wiederholen des Vorgangs wird eine Vielzahl von Impulsen P1 bis P5 erlangt. Da die Signale DS1 und DS2 in den Interpolationszyklen eingegeben werden, bis die Werte der Signale DS1 und DS2 erneut geändert werden, wird die Impulssequenz fortgesetzt.
In Schritt S104 gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 ein logisches Signal LS3 mit hohem Pegel aus. 5 zeigt den Signalverlauf des logischen Signals LS3. Der Zustand, in dem das logische Signal LS3 sich auf dem hohen Pegel in der Spanne vom Zeitpunkt t = t₀ bis t₁ befindet, bedeutet, dass die Laserbearbeitung ausgeführt wird. Wie nachstehend beschrieben werden wird, gibt der Zustand, dass sich das logische Signal LS3 auf dem niedrigen Pegel nach dem Zeitpunkt t = t₁ befindet, an, dass der Sensor 6 ein anomales Abstrahllicht 61 (vergleiche 2) aus dem Werkstück 55 zu dem Zeitpunkt t = t₁ erfasst, und auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 den logischen Pegel LS3 mit niedrigem Pegel aus. Das ”Abstrahllicht” ist als ein Licht definiert, das von dem Werkstück abgestrahlt wird, wenn das Werkstück mit einem Laserstrahl für einen Lochbildungsvorgang oder einen Schneidvorgang bestrahlt wird.
In Schritt S105 führt die logische Operationseinheit 28 eine logische Operation unter Verwendung des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 mit hohem Pegel durch und gibt ein logisches Operationsergebnis LS5 aus. Die logische Operation in diesem Fall ist ein logisches Produkt (”UND”). 5 zeigt den Signalverlauf des logischen Operationsergebnisses LS5. Da das logische Signal LS3 sich auf dem hohen Pegel in der Spanne des Zeitpunkts t = t₀ bis t₁ befindet, ist der Signalverlauf des logischen Operationsergebnisses LS5 ähnlich jenem des Impulssignals LS2 in der gleichen Spanne. Im Ergebnis werden Impulse P11, P12 und P13 ähnlich den Impulsen P1, P2 und P3 des Impulssignals LS2 erlangt. Demgegenüber, obwohl sich ein Impuls P14 des logischen Operationsergebnisses LS5 entsprechend dem Impuls P4 des Impulssignals LS2 auf dem hohen Pegel bis zu dem Zeitpunkt t = t₁ befindet, gelangt er auf den niedrigen Pegel bei und nach dem Zeitpunkt t₁. Ein Impuls P15 des logischen Operationsergebnisses LS5 entsprechend dem Impuls P5 des Impulssignals LS2 befindet sich immer auf dem niedrigen Pegel, und wird nicht als ein Impulssignalverlauf wahrgenommen.
In dem nachfolgenden Schritt S106 erzeugt die Schaltvorrichtung 27 ein Laseransteuersignal AS2 mit einem Sendezyklus aus dem analogen Signal AS1 auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses LS5. Wie in 3 gezeigt, tritt die Schaltvorrichtung 27 in den Ein-Zustand ein, wenn sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem hohen Pegel befindet, und das Laseransteuersignal AS2 wird zu Vc [V], was das gleiche wie jenes des analogen Signals AS1 ist. Die Schaltvorrichtung 27 tritt in den Aus-Zustand ein, wenn sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem niedrigen Pegel befindet, und das Laseransteuersignal AS2 wird zu 0 [V]. Im Ergebnis weist das Laseransteuersignal AS2 den Maximalwert Vc [V] auf und dessen Impulssignalverlauf weist einen Sendezyklus ähnlich jenem des logischen Operationsergebnisses LS5 auf. Der Ein-/Aus-Zustand des Signals in der Schaltvorrichtung 27 wird in der Laserabgabe innerhalb von 10 [μm] widergespiegelt.
5 zeigt den Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2. In der Spanne des Zeitpunkts t = t₀ bis t₁ ist der Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2 ähnlich jenem des logischen Operationsergebnisses LS5. Im Ergebnis werden Impulse P21, P22 und P23 ähnlich den Impulsen P11, P12 und P13 des logischen Operationsergebnisses LS5 erlangt. Demgegenüber, obwohl ein Impuls P24 des Laseransteuersignals AS2 entsprechend dem Impuls P14 des logischen Operationsergebnisses LS5 Vc [V] zum Zeitpunkt t = t₁ beträgt, wird er nach dem Zeitpunkt t₁ zu 0 [V]. Ein Impuls P25 des Laseransteuersignals AS2 entsprechend dem Impuls P15 des logischen Operationsergebnisses LS5 beträgt immer 0 [V] und wird nicht als ein Impulssignalverlauf wahrgenommen. In dem Fall des Addierens des Vorspann-Anweisungssignals ASB zu dem Laseransteuersignal AS2 durch einen Addierer 25 wird der Signalverlauf des Laseransteuersignals AS3, zu dem das Vorspann-Anweisungssignal ASB addiert ist, ein Signalverlauf, der durch Addieren eines vorbestimmten Vorspann-Anweisungssignals ASB zu dem Laseransteuersignal AS2 erlangt wird, wie in 5 gezeigt. Im Ergebnis wird der Impulssignalverlauf mit Impulsen P31 bis P35 ähnlich den Impulsen P21 bis P25 des Laseransteuersignals AS2 erlangt.
In Schritt S107 empfängt die Laserstromzufuhreinheit 31 eine Zufuhr von Strom aus einer Stromzufuhr 4 und erzeugt Lasererregungsenergie gemäß dem Laseransteuersignal AS3, zu dem das Vorspann-Anweisungssignal addiert ist, und das über eine Schnittstelle 26 zugeführt wird. Wie vorstehend beschrieben, weist das Laseransteuersignal AS3, zu dem das Vorspann-Anweisungssignal addiert ist, einen Impulssignalverlauf auf, der durch die Digitalsignale DS1 und DS2 und das logische Signal LS3 bestimmt ist, so dass die Erregungsenergie einen Impulssignalverlauf ähnlich P31 bis P35 aufweist.
In Schritt S108 gibt die Entladeröhre 32 einen Laserstrahl 50 unter Verwendung der Erregungsenergie aus. Im Einzelnen wird die Erregungsenergie der Entladeröhre 32 zugeführt, oszilliert das Lasermedium, das zwischen einem Abgabespiegel 34 und einem hinteren Spiegel 33 geordnet ist, und wird der Laserstrahl 50 abgegeben. Der Laserstrahl 50, der aus der Entladeröhre 32 abgegeben ist, wird zu dem Bearbeitungskopf 5 unter Verwendung eines reflektierenden Spiegels 51 oder einer (nicht gezeigten) optischen Faser geführt.
In Schritt S109 bestrahlt der Bearbeitungskopf 5 das Werkstück 55 mit dem Laserstrahl 50, der aus der Entladeröhre 32 abgegeben ist. Konkret, durch eine in dem Bearbeitungskopf 5 vorgesehene Linse 52, wird der Laserstrahl 50 auf dem Werkstück 55 gesammelt. Der Laserstrahl 50 durchläuft eine Prozessdüse 53, die bei der Spitze des Bearbeitungskopfs 5 vorgesehen ist, und fällt auf das Werkstück 55. Aus der Prozessdüse 53 wird gleichzeitig ein Hilfsgas zugeführt, wie Stickstoff oder Sauerstoff. Die Temperatur des Werkstücks 55, auf dem der Laserstrahl 50 gesammelt und angewendet wird, erlangt eine hohe Temperatur, die im Allgemeinen 1000 [°C] oder mehr beträgt. Im Ergebnis, durch Schmelzbeseitigen oder dergleichen durch das Strömen des gleichzeitig zugeführten Hilfsgases, werden verschiedene Bearbeitungen realisiert, wie zum Beispiel Laserschneiden.
Typischerweise beträgt die Laserabgabe 1 [kW] bis 10 [kW], beträgt die Größe des Lichtsammelpunkts auf dem Werkstück 55 0,01 [mm] bis 1 [mm] und beträgt der Abstand zwischen der Linse 52 und dem Werkstück 55 50 [mm] bis 500 [mm]. Die Bearbeitungsdüse 53 wird im Allgemeinen aus Kupfer hergestellt, und ihr Durchmesser beträgt 0,5 [mm] bis 6 [mm]. Der Druck des Hilfsgases in der Bearbeitungsdüse 53 beträgt 0,01 [MPa] bis 3 [MPa]. Das Werkstück 55 wird nicht lediglich aus einer Stahlplatte oder einer Stahlröhre, sondern ebenso aus verschiedenen Materialien ausgewählt, wie druckspritzgegossenem Metall oder verschiedenen Harzen, rostfreiem Stahl, einer Aluminiumlegierung, Messing, Kupfer und dergleichen. Der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 beträgt 0,5 [mm] bis 50 [mm], und zu dem Zeitpunkt der Schneidbearbeitung wird er in dem Bereich von 0,5 [mm] bis 4 [mm] gehalten. Der Lichtsammelpunkt (Fokalpunkt) des gesammelten Laserstrahls 50 befindet sich innerhalb von 10 [mm] von der Oberfläche des Werkstücks 55.
Die Laserbearbeitung wird durch Abfahren der Oberfläche des Werkstücks 55 mit dem Lichtsammelpunkt durchgeführt. Für das Abfahren mit dem Lichtsammelpunkt wird die relative Position zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 unter Verwendung des Servoverstärkers 9 bewegt. Sowohl ein Laseroszillator 3 als auch der Servoverstärker 9 werden durch die numerische Steuervorrichtung 1 gesteuert. Die numerische Steuervorrichtung 1 dekodiert ein NC-Programm und sendet einen Bewegungsbetrag zu jedem der X-Achse, der Y-Achse, der Z-Achse und des anderen Servoverstärkers 9. Der Bewegungsbetrag wird in vorbestimmten Zyklen gesendet. Folglich werden die Achsen synchron angetrieben, und kann der Bearbeitungskopf 5 oberhalb des Werkstücks 55 bewegt werden, um einen kreisförmigen Bogen oder eine gerade Linie nachzufahren. Der Zyklus des Sendens des Bewegungsbetrags wird als der Interpolationszyklus bezeichnet, und wird üblicherweise auf 0,5 [ms] bis 8 [ms] gesetzt.
In dem Schritt S110 misst der Sensor 6 die Intensität des Abstrahllichts 61 von dem Werkstück 55. Wie in 2 gezeigt, weist das Laserbearbeitungssystem 11 den Sensor 6 zum Überwachen des Zustands des Bearbeitungspunkts 56 auf. Wird der Laserstrahl 50 durch die Linse 52 gesammelt und bei der Oberfläche des Werkstücks 55 angewendet, dann wird zu dem Zeitpunkt der Laserabstrahlung Licht von dem Bearbeitungspunkt 56 aufgrund der hohen Temperatur abgestrahlt. Wird der Lichtabstrahlbetrag übermäßig groß, dann kann geschätzt werden, dass irgendeine Anomalie in dem Werkstück 55 auftritt. Aus dem Sensor 6, der das Abstrahllicht 61 erfasst, wird ein Signal gemäß der Intensität des Abstrahllichts 61 zu der Hilfssteuereinrichtung 7 gesendet.
In Schritt S111 überwacht die Hilfssteuereinrichtung 7 eine Änderung in der Intensität des Abstrahllichts 61. Da die Hilfssteuereinrichtung 7 das Signal gemäß der Intensität des Abstrahllichts 61 aus dem Sensor von Moment zu Moment empfängt, kann eine Änderung in der Intensität des Abstrahllichts 61 erfasst werden.
In Schritt S112 bestimmt die Hilfssteuereinrichtung 7, ob die Intensität des Abstrahllichts 61 größer oder gleich einem Schwellwert ist oder nicht. Der Schwellwert kann auf einen Referenzwert der Intensität des Abstrahllichts gesetzt werden, um zu bestimmen, ob eine Anomalie in dem Werkstück 55 auftritt oder nicht. Beträgt die Intensität des Abstrahllichts 61 weniger als der Schwellwert, dann kehrt das Programm zu Schritt S101 zurück, und wird die Laserbearbeitung kontinuierlich ausgeführt.
Demgegenüber, wenn die Intensität des Abstrahllichts 61 größer oder gleich dem Schwellwert ist, wird bestimmt, dass eine Anomalie in dem Werkstück 55 auftritt. In Schritt S113 gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 das logische Signal LS3 mit niedrigem Pegel aus. Wie in 5 gezeigt, wechselt das logische Signal LS3 von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel zu dem Zeitpunkt t = t₁.
In Schritt S114 führt die logische Operationseinheit 28 eine logische Operation unter Verwendung des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 des niedrigen Pegels durch und gibt das logische Operationsergebnis LS5 mit niedrigem Pegel aus. Die logische Operation, die durch die logische Operationseinheit 28 in diesem Fall durchgeführt wird, ist ein logisches Produkt (”UND”). 5 zeigt den Signalverlauf des Impulssignals LS2, des logischen Signals LS3 und des logischen Operationsergebnisses LS5. Ebenso zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₁, obwohl sich das Impulssignal LS2 nicht ändert, gelangt das logische Signal LS3 auf den niedrigen Pegel. Folglich gelangen das logische Operationsergebnis LS5 als das UND des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 auf den niedrigen Pegel. Da die Zeitgabe, zu der das logische Signal LS3 von dem hohen Pegel zu dem niedrigen Pegel wechselt, nicht auf die Anstiegszeit und Abfallszeit des Impulssignals LS2 bezogen ist, wechselt der Impuls P14 des logischen Operationsergebnisses LS5 vor der fallenden Flanke des Impulses gezwungenermaßen auf den niedrigen Pegel.
In Schritt S115 erzeugt die Schaltvorrichtung 27 das Laseransteuersignal AS2 von 0 [V] auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses LS5 mit niedrigem Pegel. 5 zeigt den Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2. Zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₁ befindet sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem niedrigen Pegel, so dass sich die Schaltvorrichtung 27 in dem Aus-Zustand befindet, und beträgt das Laseransteuersignal AS2 0 [V]. Wie vorstehend beschrieben, wird das logische Operationsergebnis LS5 zu dem Zeitpunkt t = t₁ gezwungenermaßen 0 [V], wird ebenso das Laseransteuersignal AS2 gezwungenermaßen 0 [V] vor der fallenden Flanke des Impulses P24. Im Ergebnis wird das Laseransteuersignal AS3, zu dem das Vorspann-Anweisungssignal addiert ist, gezwungenermaßen lediglich die Vorspann-Spannung vor der fallenden Flanke des Impulses P34 zu dem Zeitpunkt t = t₁. In Schritt S116 hält das Laserbearbeitungssystem 11 die Laserabgabe an. Der Zeitpunkt, seit dem der Sensor 6 das anomale Abstrahllicht 61 erfasst, bis der Laserstrahl angehalten wird, beträgt 10 [μs] oder weniger.
Auf eine solche Art und Weise wird das Abstrahllicht 61 aus dem Werkstück 55 überwacht, und wenn eine Anomalie auftritt, kann die Laserabgabe unmittelbar angehalten werden. Somit kann ein Schaden in dem Werkstück minimiert werden.
Das Beispiel des Anhaltens der Abgabe eines Laserstrahls, wenn der Sensor ein anomales Abstrahllicht von dem Werkstück erfasst, wurde vorstehend beschrieben. Alternativ kann die Intensität eines Laserstrahls gemäß der Intensität des Abstrahllichts erhöht oder verringert werden. Im Einzelnen, wenn einfach bestimmt werden kann, dass die Intensität des Laserstrahls 50 hoch ist, gilt nicht der Fall, in dem das Abstrahllicht 51 aus dem Werkstück 55 das Auftreten einer Anomalie in dem Werkstück 55 angibt, sondern kann die Hilfssteuereinrichtung 7 ein Steuersignal senden, das die Intensität des Laserstrahls verringert. In diesem Fall empfängt die Hilfssteuereinrichtung 7 ein Signal aus dem Sensor 6 und sendet ein Signal zu der numerischen Steuervorrichtung 1 gemäß dem Betrag des Lichts. Zum Beispiel, wenn der Lichtbetrag groß ist, ist die Laserabgabe übermäßig, so dass ein Außerkraftsetzen bezüglich der Laserabgabe von 100% auf einige zehn % geändert wird. Bei Empfang des Signals verringert die numerische Steuervorrichtung 1 ein Laserabgabesignal. Im Ergebnis verringert sich die Erregungsenergie, die aus der Laserstromversorgungs-Einheit 31 in die Entladeröhre 32 injiziert wird, und verringert sich ebenso die Laserabgabe. Deshalb wird die Laserbearbeitung gesteuert, um stabil durchgeführt zu werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein Laserbearbeitungssystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben werden. Der Aufbau des Laserbearbeitungssystems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ähnlich jenem des Laserbearbeitungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 2 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt, damit ein Vorgang durch Bestrahlen des Werkstücks 55 mit dem Laserstrahl 50 durchgeführt wird, muss der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 des Bearbeitungskopfs 5 und dem Werkstück 55 optimiert werden. Damit die Taktzeit verringert wird, ist es wichtig, ein Einstrahlen eines Laserstrahls zum Durchführen einer Lochbildungsbearbeitung zu beginnen, unmittelbar nachdem der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist.
Das Laserbearbeitungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist durch einen Punkt dahingehend charakterisiert, dass eine Laserstromzufuhr-Einheit eine vorbestimmte Erregungsenergie einer Entladeröhre zuführt, wodurch ein Werkstück mit einem Abstandsmess-Laserstrahl zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück bestrahlt wird, und, wenn ein Sensor Reflexionslicht mit einer vorbestimmten Intensität oder darüber misst, eine Hilfssteuereinrichtung ein logisches Signal zum Senden einer Abgabe eines Lasers ausgibt.
Ein Vorgang des Verbringens des Bearbeitungskopfs nahe an das Werkstück wird nachstehend unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben werden. 6A zeigt einen Zustand, in dem ein (nicht gezeigter) Bearbeitungskopf nahe an das Werkstück 55 gebracht wird und ein Abstandsmesslaserstrahl 500 zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück 55 angewendet wird. Vorzugsweise weist der Abstandsmesslaserstrahl 500 eine Intensität auf, die schwacher als jene eines Laserstrahls zum Bearbeiten ist, und übt keinen Einfluss auf das Werkstück aus, sondern ist andererseits auf eine Intensität gesetzt, bei der ein Reflexionslicht von dem Werkstück gemessen werden kann. In diesem Fall bezieht sich das ”Reflexionslicht” auf ein Licht, das von der Oberfläche eines Werkstücks reflektiert wird, wenn das Werkstück mit einem Laserstrahl mit einer Intensität des Grads bestrahlt wird, bei dem das Werkstück kaum beeinflusst wird. Als ein Abstandsmesslaserstrahl zum Messen des Abstands unter Verwendung seines Reflexionslichts, wird zum Beispiel ein Laserstrahl mit einer Wellenlänge in einem sichtbaren Lichtbereich verwendet, dessen Abgabe 4 [mW] oder weniger beträgt. In 6A wird der Abstandsmesslaserstrahl 500 durch die Linse 52 gesammelt, aber die Position eines Fokalpunkts 57 stimmt nicht mit der Position des Bearbeitungspunkts 56 überein. In diesem Fall wird ein Reflexionslicht 62 des Abstandsmesslaserstrahls 500 durch den Sensor 6 als ein Licht mit niedriger Intensität erfasst.
Demgegenüber, wie in 6B gezeigt, wenn der Fokalpunkt 57 mit dem Bearbeitungspunkt 56 übereinstimmt, wird das Reflexionslicht 62 des Abstandsmesslaserstrahls 500 durch den Sensor 6 als ein Licht mit hoher Intensität erfasst. Deshalb ist das Laserbearbeitungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dahingehend charakterisiert, dass der Lochbildungsvorgang begonnen wird unmittelbar nach der Erfassung einer Optimierung des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück 55 auf der Grundlage der Intensität des Reflexionslichts 62, das durch den Sensor 6 erfasst ist.
7 zeigt eine Schnittstellenschaltung 20 in dem Laserbearbeitungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der unterscheidende Punkt von der Schnittstellenschaltung 2 in dem Laserbearbeitungssystem gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, besteht darin, dass nicht lediglich die Vorspann-Anweisungsspannung als das Vorspann-Anweisungssignal ASB, sondern ebenso eine Abstandsmessspannung zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück durch das Abstandsmesssignal ASM zu dem Laseransteuersignal AS2 addiert werden. Unter Verwendung eines Laseransteuersignals AS4, das durch Addieren der Abstandsmessspannung zu dem Laseransteuersignal AS2 erlangt ist, selbst wenn das Laseransteuersignal AS2 0 [V] beträgt, kann der Abstandsmesslaserstrahl zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück abgestrahlt werden. Im Ergebnis kann der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück gemessen werden.
Ein Verfahren der Laserbearbeitung durch das Laserbearbeitungssystem gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf das Ablaufdiagramm gemäß 8 beschrieben werden. In dem zweiten Ausführungsbeispiel wird der Fall des Optimierens des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse und dem Werkstück vor der Ausführung der Laserbearbeitung als ein Beispiel beschrieben.
In Schritt S201 gibt die numerische Steuervorrichtung 1 über die Schnittstelle 21 in vorbestimmten Sendezyklen ein Laserabgabesignal DS5 (vergleiche 7) zum Abstrahlen eines Abstandsmesslaserstrahls zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse 53 (vergleiche 2) und dem Werkstück 55 und die digitalen Signale DS1 und DS2 zum Bestimmen einer Sendespanne und einer Anhaltespanne der Laserabgabe aus. Da die digitalen Signale DS1 und DS2 ähnlich jenen des ersten Ausführungsbeispiels sind, wird eine ausführliche Beschreibung nicht wiederholt werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel, in einem anfänglichen Stadium, ist der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 nicht optimiert, und es wird kein Laserstrahl zur Bearbeitung des Werkstücks 55 angewendet. Es ist jedoch bevorzugt, den Laserstrahl zum Bearbeiten in dem Moment abzustrahlen, in dem der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist. Wie in 7 gezeigt, zu einem Zeitpunkt, bevor der Laserstrahl zur Bearbeitung angewendet wird, wird das Laserabgabesignal D3 zum Bestimmen eines Laserabgabewerts der Schnittstellenschaltung 20 zugeführt.
In einer Art und Weise, die dem ersten Ausführungsbeispiel ähnelt, selbst in einer Spanne ohne Laserabgabe, damit eine gewisse vorbereitende Energie in das Lasermedium injiziert wird, kann das Vorspannsignal DS4 in der Endstufe ausgegeben werden, um eine Vorspann-Anweisungsspannung entsprechend dem vorbereitenden Energiebetrag zu dem Laseransteuersignal zu addieren, das der Laserstromzufuhr-Einheit zugeführt wird.
In Schritt S202 wandelt ein Abstandsmessspannungswandler 233 das Abstandsmesslaserabgabesignal DS5 in das Abstandsmesssignal ASM um. Des Weiteren wandelt der Wandler 231 das Laserabgabesignal DS3 in das analoge Signal AS1 um. 9 zeigt den Signalverlauf des analogen Signals AS1. In 9 gibt die horizontale Achse die Zeit an, und gibt die vertikale Achse den Spannungspegel an. Der Spannungswert des analogen Signals AS1 beträgt Vc [V] in der Spanne des Ansteuerns des Lasers und beträgt 0 [V] in der Spanne des Anhaltens des Lasers. Wird das Vorspannsignal DS4 eingegeben, wird es in ein analoges Signal durch den Vorspann-Spannungswandler 232 umgewandelt, wodurch das Vorspann-Anweisungssignal ASB erlangt wird. In dem zweiten Ausführungsbeispiel, wie in 9 gezeigt, wird angenommen, dass die Spanne vom Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ ein Stadium ist, in dem die Bearbeitungsdüse 53 sich dem Werkstück 55 annähert und nicht die optimale Position erreicht hat. Folglich wird in der Spanne vom Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ kein Laserstrahl zum Bearbeiten des Werkstücks 55 angewendet. Jedoch, durch Setzen des analogen Signals AS1 auf eine Spannung zum Anwenden des Laserstrahls, kann eine Anwendung des Laserstrahls in dem Moment ausgeführt werden, in dem der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist.
In Schritt S203 erzeugt die Impulssignal-Erzeugungseinrichtung 22 das Impulssignal LS2 auf der Grundlage der digitalen Signale DS1 und DS2. 9 zeigt den Signalverlauf des Impulssignals LS2. In der Laserstrahl-Sendespanne, die durch das digitale Signal DS1 bestimmt ist, ist der Wert des Impulssignals LS2 auf hoch ”H”. In der Laserstrahl-Anhaltespanne, die durch das digitale Signal DS2 bestimmt ist, ist der Wert des Impulssignals LS2 auf niedrig ”L”. Ist die Laserstrahl-Anhaltespanne vollendet, dann setzt die Impulssignal-Erzeugungseinrichtung 22 den Wert des Impulssignals LS2 wieder auf den hohen Pegel. Durch Wiederholen des Vorgangs wird eine Vielzahl von Impulsen P41 bis P45 erlangt. Da die Signale DS1 und DS2 in den Interpolationszyklen eingegeben sind, bis die Werte der Signale DS1 und DS2 erneut geändert werden, wird die Impulssequenz fortgesetzt.
In Schritt S204 gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 das logische Signal LS3 auf dem niedrigen Pegel aus. 9 zeigt den Signalverlauf des logischen Signals LS3. Der Zustand, in dem sich das logische Signal LS3 auf dem niedrigen Pegel in der Spanne von t = t₂ bis t₃ befindet, entspricht dem Zustand, in dem der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 nicht optimiert ist und das Reflexionslicht 62 des Abstandsmesslaserstrahls 500 (vergleiche 6) schwach ist. Wie nachstehend beschrieben werden wird, gibt der Zustand, dass sich das logische Signal LS3 auf dem hohen Pegel befindet, zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₃ an, das zu dem Zeitpunkt t = t₂ der Sensor 6 erfasst, dass das Reflexionslicht 62 von dem Werkstück 55 eine vorbestimmte Intensität oder darüber aufweist, und auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 das logische Signal LS3 mit hohem Pegel aus.
In Schritt S205 führt die logische Operationseinheit 28 eine logische Operation unter Verwendung des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 mit niedrigem Pegel durch und gibt das logische Operationsergebnis LS5 aus. Die logische Operation in diesem Fall ist ein logisches Produkt (”UND”). 9 zeigt den Signalverlauf des logischen Operationsergebnisses LS5. Da das logische Signal LS3 sich auf dem niedrigen Pegel in der Spanne des Zeitpunkts t = t₂ bis t₃ befindet, befindet sich der Signalverlauf des logischen Operationsergebnisses LS5 auf dem niedrigen Pegel, und wird nicht als ein Impulssignalverlauf wahrgenommen. Demgegenüber befindet sich der Impuls P52 des logischen Operationsergebnisses LS5 entsprechend dem Impuls P42 des Impulssignals LS2 auf dem niedrigen Pegel bis zu dem Zeitpunkt t = t₃, aber gelangt auf den hohen Pegel zu dem und nach dem Zeitpunkt t₃. Die Signalverläufe der Impulse P53 bis P55 des logischen Operationsergebnisses LS5 sind ähnlich jenen der Impulssignale P43 bis P45 des Impulssignals LS2.
In dem nachfolgenden Schritt S206 erzeugt die Schaltvorrichtung 27 das Laseransteuersignal AS2 mit dem Sendezyklus aus dem analogen Signal AS1 auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses LS5. Wie in den 7 und 9 gezeigt, in der Spanne zu dem Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ tritt die Schaltvorrichtung 27 in den Aus-Zustand ein, wenn sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem niedrigen Pegel befindet, und wird das Laseransteuersignal AS2 0 [V]. Demgegenüber, zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₃ tritt die Schaltvorrichtung 27 in den Ein-Zustand ein, wenn sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem hohen Pegel befindet, und wird das Laseransteuersignal AS2 zu dem gleichen Vc [V] wie jenes des analogen Signals AS1. Im Ergebnis weist das Laseransteuersignal AS2 den Maximalwert von Vc [V] auf, und sein Impulssignalverlauf weist einen Sendezyklus ähnlich jenem des logischen Operationsergebnisses LS5 auf. Der Ein-/Aus-Zustand des Signals in der Schaltvorrichtung 27 wird in der Laserabgabe innerhalb von 10 [μs] widergespiegelt.
9 zeigt den Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2. In der Spanne des Zeitpunkts t = t₂ bis t₃ ist der Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2 immer 0 [V]. Demgegenüber ist ein Impuls P62 des Laseransteuersignals AS2 entsprechend dem Impuls P52 des logischen Operationsergebnisses LS5 0 [V] bis zu dem Zeitpunkt t = t₃, aber wird zu dem und nach dem Zeitpunkt t₃ Vc [V]. Wie in 7 gezeigt, wird in dem Ausführungsbeispiel, damit der Abstandsmesslaserstrahl zum Messen des Abstands zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 angewendet wird, das Abstandsmesssignal ASM zu dem Laseransteuersignal AS2 durch einen zweiten Addierer 252 addiert. Zudem, in dem Fall des Addierens des Vorspann-Anweisungssignals ASB durch einen ersten Addierer 251, wird der Signalverlauf eines Laseransteuersignals AS4, zu dem die Abstandsmessspannung und das Vorspann-Anweisungssignal addiert sind, zu einem Signalverlauf, der durch Addieren eines vorbestimmten Vorspann-Anweisungssignals ASB und des Abstandsmesssignals ASM zu dem Laseransteuersignal AS2 erlangt wird, wie in 9 gezeigt. Im Ergebnis wird der Signalverlauf des Laseransteuersignals AS4 ein Impulssignalverlauf mit Impulsen P71 bis P75 ähnlich den Impulsen P61 bis P65 des Laseransteuersignals AS2. In der Spanne vom Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ wird der Laserstrahl zum Bearbeiten eines Werkstücks nicht abgegeben, sondern wird lediglich der Abstandsmesslaserstrahl abgegeben.
In Schritt S207 empfängt die Laserstromzufuhreinheit 31 eine Zufuhr von Strom aus der Stromzufuhr 4 und erzeugt Lasererregungsenergie gemäß dem Laseransteuersignal AS4, das durch Addieren des Abstandsmesssignals ASM und des Vorspann-Anweisungssignals ASM zu dem Laseransteuersignal AS2 erlangt ist, das über die Schnittstelle 26 zugeführt ist. In der Spanne vom Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ ist das Laseransteuersignal AS2 0 [V], so dass das Signal AS4 ein Signal ist, das durch Addieren des Abstandsmesssignals ASM und des Vorspann-Anweisungssignals ASB erlangt ist. Da der Betrag des Vorspann-Anweisungssignals ASB klein ist, wird die Lasererregungsenergie gemäß dem Abstandsmesssignal ASM erzeugt. Das Abstandsmesslaseransteuersignal AS4, das durch Addieren der Abstandsmessspannung und der Vorspann-Anweisungsspannung erlangt ist, gibt einen vorbestimmten Spannungswert in der Spanne von dem Zeitpunkt t = t₂ bis t₃ an und weist einen Impulssignalverlauf auf, der durch die digitalen Signale DS1 und DS2 und das logische Signal LS3 zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₃ bestimmt ist, so dass die Erregungsenergie einen Impulssignalverlauf ähnlich P61 bis P65 aufweist.
In Schritt S208 gibt die Entladeröhre 32 den Abstandsmess-Laserstrahl 500 unter Verwendung der Erregungsenergie aus. Im Einzelnen wird die Erregungsenergie der Entladeröhre 32 zugeführt, oszilliert das Lasermedium, das zwischen den Abgabespiegel 34 und dem hinteren Spiegel 33 zwischengeordnet ist, und wird der Abstandsmesslaserstrahl 500 abgegeben. Der Abstandsmesslaserstrahl 500, der aus der Entladeröhre 32 abgegeben ist, wird zu dem Bearbeitungskopf 5 unter Verwendung des reflektierenden Spiegels 51 oder einer (nicht gezeigten) optischen Faser geführt.
In Schritt S209 bestrahlt der Bearbeitungskopf 5 das Werkstück 55 mit dem Abstandsmesslaserstrahl 500, der aus der Entladeröhre 32 abgegeben ist. Konkret, durch die in dem Bearbeitungskopf 5 vorgesehene Linse 52, wird der Abstandsmesslaserstrahl 500 auf dem Werkstück 55 gesammelt. Der Abstandsmesslaserstrahl 500 durchläuft die Bearbeitungsdüse 53, die auf der Spitze des Bearbeitungskopfs 5 vorgesehen ist, und fällt auf das Werkstück 55.
In Schritt S210 misst der Sensor 6 die Intensität des Reflexionslichts 62 von dem Werkstück 55. Wie in 2 gezeigt, weist der Laserbearbeitungssystem 11 den Sensor 6 zum Messen der Intensität des Reflexionslichts 62 auf. Wie in 6 gezeigt, wird der Abstandsmesslaserstrahl 500 durch das Werkstück 55 reflektiert, und sein Reflexionslicht 62 wird durch den Sensor 6 erfasst. In dem Stadium, in dem sich der Bearbeitungskopf 5 nicht nahe genug an dem Werkstück 55 befindet, und der Abstand zwischen ihnen nicht optimiert ist, befindet sich die Position des Fokalpunkts 57 des Abstandsmesslaserstrahls 500 oberhalb des Werkstücks 55, wie in 6A gezeigt. Folglich ist die Intensität des Reflexionslichts 62 schwacher als in dem Fall, in dem die Position des Fokalpunkts 57 des Abstandsmesslaserstrahls 500 mit der Position auf der Oberfläche des Werkstücks 55 übereinstimmt, wie in 6B gezeigt. Aus dem Sensor 6, der das Reflexionslicht 62 erfasst, wird ein Signal gemäß der Intensität des Reflexionslichts 62 zu der Hilfssteuereinrichtung 7 gesendet.
In Schritt S211 überwacht die Hilfssteuereinrichtung 7 eine Änderung in der Intensität des Reflexionslichts 62. Da das Signal gemäß der Intensität des Reflexionslichts 62 aus dem Sensor 6 von Moment zu Moment empfangen wird, kann die Hilfssteuereinrichtung 7 eine Änderung in der Intensität des Reflexionslichts 62 erfassen.
In Schritt S212 bestimmt die Hilfssteuereinrichtung 7, ob die Intensität des Reflexionslichts 62 größer oder gleich einem Schwellwert ist oder nicht. Der Schwellwert kann auf die Intensität des Reflexionslichts gesetzt werden, das erzeugt wird, wenn der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist. Beträgt die Intensität des Reflexionslichts 62 weniger als der Schwellwert, dann kehrt das Programm zu Schritt S201 zurück, und der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 55 wird geändert und die Anwendung des Abstandsmesslaserstrahls wird kontinuierlich ausgeführt.
Demgegenüber, wenn die Intensität des Reflexionslichts 62 größer oder gleich dem Schwellwert ist, wird bestimmt, dass der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist. In Schritt S213 gibt die Hilfssteuereinrichtung 7 das logische Signal LS3 mit hohem Pegel aus. Wie in 9 gezeigt, wechselt das logische Signal LS3 von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel zu dem Zeitpunkt t = t₃.
In Schritt S214 führt die logische Operationseinheit 28 eine logische Operation unter Verwendung des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 mit hohem Pegel durch und gibt das logische Operationsergebnis LS5 mit hohem Pegel aus. Die logische Operation, die durch die logische Operationseinheit 28 durchgeführt wird, ist in diesem Fall ein logisches Produkt (”UND”). 9 zeigt die Signalverläufe des Impulssignals LS2, des logischen Signals LS3 und des logischen Operationsergebnisses LS5. Ebenso zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₃ ändert sich das Impulssignal LS2 nicht. Das logische Signal LS3 gelangt jedoch auf den hohen Pegel, so dass das logische Operationsergebnis LS5 als das UND des Impulssignals LS2 und des logischen Signals LS3 ein Signal wird, das ähnlich dem Impulssignal LS2 ist. Die Zeitgabe, zu der das logische Signal LS3 von dem niedrigen Pegel zu dem hohen Pegel wechselt, ist nicht auf die Anstiegszeit und die Abfallzeit des Impulssignals LS2 bezogen. Folglich wechselt der Impuls P52 des logischen Operationsergebnisses LS5 vor der steigenden Flanke des Impulses gezwungenermaßen auf den hohen Pegel.
In Schritt S215 erzeugt die Schaltvorrichtung 27 das Laseransteuersignal AS2 des Spitzenwerts Vc [V] auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses LS5 mit hohem Pegel. 9 zeigt den Signalverlauf des Laseransteuersignals AS2. Zu dem und nach dem Zeitpunkt t = t₃ befindet sich das logische Operationsergebnis LS5 auf dem hohen Pegel, so dass die Schaltvorrichtung 27 sich in dem Ein-Zustand befindet, und das Laseransteuersignal AS2 den Impulssignalverlauf des Spitzenwerts Vc [V] aufweist. Wie vorstehend beschrieben, wird das logische Operationsergebnis LS5 zu dem Zeitpunkt t = t₃ gezwungenermaßen Vc [V]. Folglich wird das Laseransteuersignal AS2 ebenso gezwungenermaßen zu Vc [V] während des Zyklus des Impulses P62 vor der steigenden Flanke des Impulses P63. Im Ergebnis wird das Laseransteuersignal AS4, das durch Addieren des Abstandsmesssignals ASM und des Vorspann-Anweisungssignals ASB zu dem Laseransteuersignal AS2 erlangt wird, gezwungenermaßen zu einem Impulssignalverlauf, in dem die Spannung, die durch Addieren der Abstandsmessspannung und der Vorspann-Spannung zu Vd [V] erlangt wird, der Spitzenwert während des Zyklus des Impulses P72 vor der steigenden Flanke des Impulses P73 zu dem Zeitpunkt t = t₃ ist. In Schritt S216 sendet das Laserbearbeitungssystem 11 eine Laserabgabe zur Bearbeitung. Die Zeit, seit der Sensor 6 das Reflexionslicht 62 erfasst, das den Schwellwert überschreitet, bis der Laserstrahl abgegeben wird, beträgt 10 [μs] oder weniger.
Auf eine solche Art und Weise wird das Reflexionslicht 62 von dem Werkstück 55 überwacht, und in dem Moment, in dem der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53, die auf der Spitze des Bearbeitungskopfs 5 vorgesehen ist, und dem Werkstück 55 optimiert ist, kann ein Abgeben des Lasers begonnen werden. Im Ergebnis kann die Zeit, seit der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 53 und dem Werkstück 55 optimiert ist, bis die Laserbearbeitung begonnen wird, kürzest möglich gestaltet werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel wurde das Beispiel beschrieben, in dem das Abstandsmesslaser-Abgabesignal DS5 aus der numerischen Steuervorrichtung 1 zu der Schnittstellenschaltung 20 zugeführt wird, um den Abstandsmesslaserstrahl 500 abzugeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Das heißt, damit der Abstandsmesslaserstrahl 500 abgegeben wird, anstelle des Zuführens des Abstandsmesslaser-Abgabesignals DS5, kann der Abstandsmesslaserstrahl bei dem zu bearbeitenden Werkstück unter Verwendung der Erregungsenergie, die schwächer als der Laserstrahl für die Bearbeitung ist, als das Laserabgabesignal DS3 verwendet werden.
Es wird nachstehend beschrieben werden, dass die Erfindung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel für die Steuerung der Zeitgabe des Beginnens des Lochbildungsvorgangs ebenso effektiv ist. In dem Fall des Schneidens einer Metallplatte als das Werkstück mit dem Laserstrahl wird das Werkstück von etwa 2 [m] × 4 [m] geschnitten. Im Allgemeinen wird der Bearbeitungskopf von einem Schneidabschnitt zu einem anderen Schneidabschnitt in einem Zustand bewegt, in dem der Bearbeitungskopf ziemlich hoch gehoben ist, um eine Kollision zwischen dem Werkstück und dem Kopf zu verhindern. Bei dem nächsten Schneidanfangspunkt wird der Bearbeitungskopf nach unten bewegt, um sich dem Werkstück zu nähern, und bei einer Höhe positioniert, die für den Lochbildungsvorgang optimal ist, und es wird der Lochbildungsvorgang begonnen. Wird der Lochbildungsvorgang durchgeführt, nachdem bestätigt wurde, dass die Höhe optimal ist, dauert es einige Zeit, bis die Z-Achse anhält. Es liegt jedoch eine Zugabe in der Höhe des Bearbeitungskopfs vor, bei der der Lochbildungsvorgang begonnen werden kann. Wenn die Z-Achse eine vorbestimmte Höhe oder weniger erreicht, selbst wenn die Z-Achse nicht anhält, kann der Lochbildungsvorgang begonnen werden.
Folglich kann das Messergebnis der Intensität des Reflexionslichts zum Messen des Abstands zwischen dem Werkstück 55 und der Bearbeitungsdüse 53 von dem Sensor 6 zu der Hilfssteuereinrichtung 7 gesendet werden. In dem Fall, in dem der Bearbeitungskopf 5 sich dem Werkstück 55 nähert, in dem Moment, in dem der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 55 in einen vorbestimmten Bereich eintritt, kann das Steuersignal LS3 umgeschaltet werden, um den Lochbildungsvorgang zu beginnen. In diesem Fall beginnt der Lochbildungsvorgang tatsächlich unmittelbar, nachdem der Lochbildungsvorgang zu einem Beginnen bereit ist, und verschwendete Zeit kann beseitigt werden und die Bearbeitungszeit kann verkürzt werden.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein Laserbearbeitungssystem gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel wird nachstehend beschrieben werden. Ein allgemeiner Aufbau des Laserbearbeitungssystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist ähnlich jenem des Laserbearbeitungssystems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, das in 2 gezeigt ist. 10 zeigt den Aufbau einer Schnittstellenschaltung 200 in dem Laserbearbeitungssystem gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Der Punkt, der sich von den Schnittstellenschaltungen 2 und 20 des ersten und zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet, besteht darin, dass eine logische Operationseinheit 29 weiterhin eine Umschaltschaltung 30 zum Umschalten der Verwendung/Nicht-Verwendung des logischen Signals LS3 umfasst, das aus der Hilfssteuereinrichtung 7 ausgegeben ist.
Die Umschalt-Schaltung 30 kann das Umschalten durch ein Umschaltsteuersignal LS1 aus der numerischen Steuervorrichtung 7 durchführen. Zum Beispiel, wie in 10 gezeigt, wenn die Umschalt-Schaltung 30 auf einen Anschluss ”a” umschaltet, kann das logische Signal LS4 der logischen Operationseinheit 29 auf den niedrigen Pegel gesetzt werden. Wird der Anschluss auf den Anschluss ”b” umgeschaltet, dann kann das logische Signal LS4 auf den hohen Pegel gesetzt werden. Wird der Anschluss auf den Anschluss ”a” oder ”b” geschaltet, dann wird das logische Signal LS3, das aus der Hilfssteuereinrichtung 7 ausgegeben ist, nicht für die Abgabesteuerung des Laserstrahls verwendet. Demgegenüber, wenn der Anschluss auf einen Anschluss ”c” geschaltet wird, dann kann das logische Signal LS4 der logischen Operationseinheit 29 das logische Signal LS3 verwenden, das aus der Hilfssteuereinrichtung 7 unverändert ausgegeben ist. Demgegenüber, wenn der Anschluss auf einen Anschluss ”d” umgeschaltet wird, dann kann ein Inversionssignal des logischen Signals LS3 verwendet werden, das aus der Hilfssteuereinrichtung 7 durch einen Inverter 301 ausgegeben ist. Wird der Anschluss zu dem Anschluss ”c” oder ”d” geschaltet, dann wird das logische Signal, das aus der Hilfssteuereinrichtung ausgegeben ist, zur Ausgangssteuerung des Laserstrahls verwendet.
Ein Beispiel des Umschaltens des logischen Signals, das aus der Hilfssteuereinrichtung 7 ausgegeben ist, unter Verwendung der Umschalt-Schaltung 30, wie vorstehend beschrieben, wird beschrieben werden. Der Bearbeitungskopf 5 wird nahe an das Werkstück 55 verbracht, wie in 2 gezeigt ist, und wenn der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 55 optimiert ist, wird der Lochbildungsvorgang begonnen. In einem Zustand, in dem der Bearbeitungskopf 5 ausreichend oberhalb des Werkstücks 55 positioniert ist, wird der Laserstrahl 50 angewendet, dessen Abgabe extrem klein ist, wie zum Beispiel einige wenige [W] bis hin zu einigen 10 [W] oder darüber. Wenn sich der Fokalpunkt dem Werkstück 55 mit einer Abwärtsbewegung des Bearbeitungskopfs 5 nähert, dann erhöht sich der Betrag des Laserstrahls 50, der zu dem Laseroszillator 3 über die Linse 52 zurückkehrt. Der Betrag wird durch den Sensor 6 erfasst. Wird der Betrag des rückkehrenden Lichts größer oder gleich einem vorbestimmten Betrag, dann wird die Laserabgabe sofort erhöht. Durch die Bearbeitung wird unmittelbar ein Schlüsselloch in der Oberfläche des Werkstücks 55 gebildet, und der Lochbildungsvorgang schreitet voran. Wenn die Zeitgabe abweicht, in dem Werkstück mit hoher Reflektanz, wie zum Beispiel Kupfer, ist die Laserenergiedichte nicht hoch genug für die Bildung eines Schlüssellochs, und die gesamte Laserenergie bewegt sich in entgegengesetzter Richtung in dem mechanischen optischen Weg. Dieser Zustand ist für die Vorrichtung extrem gefährlich, aber er kann verhindert werden.
Um dies zu realisieren, wird der Anschluss ”c” in der Schaltvorrichtung 30 ausgewählt, wird ein Außerkraftsetz-Signal entsprechend einer 0,5% Abgabe aus der Hilfssteuereinrichtung 7 angewendet, und wird der Laserstrahl 50 angewendet, dessen Abgabe extrem klein ist, zum Beispiel einige wenige [W] bis hin zu einigen zehn [W] oder darüber. Die numerische Steuervorrichtung 1 erteilt eine Laserabgabe-Anweisung, die für den Lochbildungsvorgang erforderlich ist, an die Schnittstellenschaltung. Befindet sich der Bearbeitungskopf 5 oberhalb des Werkstücks 55, wird ein Außerkraftsetz-Signal entsprechend einer 0,5% Abgabe von der Hilfssteuereinrichtung 7 angewendet, so dass die Laserabgabe auf ein kleines Maß unterdrückt wird durch die Funktion eines Multiplizierers C1.
Der Bearbeitungskopf 5 nähert sich graduierlich dem Werkstück 55 und ein schwaches Zurückkehren des Lichts wird zunehmend größer. Die Intensität des zurückkehrenden Lichts bei der Höhe, bei der der Lochbildungsvorgang begonnen werden kann, wird vorab als ein Bestimmungswert gesetzt. In dem Moment, in dem das rückkehrende Licht den Bestimmungswert überschreitet, schaltet die Umschalt-Schaltung 30 um, um den Anschluss ”b” auszuwählen. In diesem Fall beträgt das Außerkraftsetz-Signal aus der Hilfssteuereinrichtung 7 5 [V], das heißt 100% Abgabe. Die Laserabgabe erhöht sich sofort, und der Lochbildungsvorgang schreitet voran. Durch Einsetzen eines solchen Aufbaus, nachdem der Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 55 optimiert ist, kann der Lochbildungsvorgang unmittelbar begonnen werden, so dass die Zeit verkürzt werden kann.
In dem vorstehend beschriebenen Beispiel wird das Senden der Laserabgabeanweisung aus der numerischen Steuervorrichtung 10 nicht angehalten, kann aber durch das Signal aus der Hilfssteuereinrichtung 7 erhöht oder verringert werden. Selbst in dem Fall eines logischen Signals, das ein Anhalten der Sendung aus der Hilfssteuereinrichtung 7 angibt, kann ein ähnlicher Betrieb durchgeführt werden. Obwohl die Zeit, seit die Anweisung des Setzens des Werts der Erregungsenergie gegenüber der Laserstromzufuhreinheit 31 erteilt wurde, bis der Laserstrahl tatsächlich abgegeben wird, extrem kurz ist, tritt eine sehr kleine Zeitverzögerung auf. Der Grund besteht darin, dass eine Zeitdifferenz zwischen der Erregung des Lasermediums und dem tatsächlichen Auftreten der Laserverstärkung zusätzlich zu verschiedenen Verzögerungselementen in der Schaltung der Laserstromzufuhreinheit 31 vorliegt. Obwohl es von den Arten der Laser abhängt, tritt eine Verzögerung von zehn Nanosekunden bis zu einigen wenigen Millisekunden auf.
Ein Steuersignal aus der Hilfssteuereinrichtung 7 wird als eine Impulssequenz gegeben, und deren Frequenz wird hoch gesetzt proportional zu der Laserantwortgeschwindigkeit. Im Einzelnen, in einem Laser, in dem eine Antwortzeitkonstante der Laserabgabe auf eine analoge Laserabgabeanweisung 100 [μs] beträgt, wird die Frequenz zum Beispiel auf 25 [kHz] gesetzt. Wird eine Steuerung durchgeführt mit einer Impulsdauer von 0 bis 1000%, dann ist die Antwortfrequenz des Lasers für die Frequenz eines Steuersignals niedrig. Folglich, selbst in einer Laserabgabeanweisung mit einem Rechteckimpuls, wird eine Laserabgabe mit einem dreieckigen Signalverlauf erlangt. Die Laserabgabe kann durch die Impulsdauer im Wesentlichen erhöht oder verringert werden.
Auf diese Art und Weise kann die Laserabgabe durch ein logisches Signal aus der Hilfssteuereinrichtung 7 erhöht oder verringert werden. Es liegt eine Eigenschaft dahingehend vor, dass, verglichen mit dem Fall des Erhöhens oder Verringerns einer Laserabgabe durch ein analoges Signal, eine Anweisungsspannung nicht von einer Anweisung bei 0 [W] oder dergleichen oder einer Nennabgabe versetzt wird, und eine genaue Anweisung gegeben werden kann. Des Weiteren, wenn eine Impulsanweisung von einigen wenigen [kHz] bis 5 [kHz] aus einem Impulssignalgenerator gegeben wird, obwohl die Ist-Laserabgabe eine impulsförmige Laserabgabe gemäß der Anweisung aus dem Impulssignalgenerator ist, kann eine Abgabe durch die Hilfssteuereinrichtung gesteuert werden.
Das Beispiel des Verwendens von Licht, das von einem Werkstück abgestrahlt oder reflektiert wird, das mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, wurde vorstehend beschrieben. Alternativ können verschiedene Sensoren, wie ein Sensor, der eine Temperatur eines Werkstücks erfasst, ein Sensor, der einen Ton erfasst, der von einem Werkstück erzeugt wird, und ein Sensor vorgesehen werden, der eine Änderung in dem Druck erfasst, der durch ein Werkstück verursacht wird. Signale aus den Sensoren können dahingehend ausgelegt werden, dass ein arithmetischer Prozess frei in der vorstehend beschriebenen Schnittstellenschaltung durchgeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5-154676 A [0013]
JP 2-179377 A [0013]

Claims

Laserbearbeitungssystem, umfassend: eine numerische Steuervorrichtung (1), die ein Laserabgabesignal zum Bestimmen eines Laserabgabewerts und ein digitales Signal zum Bestimmen einer Sendespanne und eine Anhaltespanne einer Laserabgabe ausgibt; einen Wandler (321), der das Laserabgabesignal in ein analoges Signal umwandelt; eine Impulssignal-Erzeugungseinrichtung (22), die ein Impulssignal zum Steuern des analogen Signals auf der Grundlage des digitalen Signals erzeugt; eine Hilfssteuereinrichtung (7), die ein logisches Signal erzeugt, das eine Sendung oder ein Anhalten eines Laserstrahls zwingendermaßen steuert; eine logische Operationseinheit (28, 29), die eine logische Operation zwischen dem Impulssignal und dem logischen Signal durchführt und ein Ergebnis der logischen Operation ausgibt; eine Schaltvorrichtung (27), die ein Laseransteuersignal zum alternierenden Senden/Anhalten der Laserabgabe auf der Grundlage des logischen Operationsergebnisses erzeugt; und einen Sensor (6), der eine Intensität von Licht misst, das von einem Werkstück abgestrahlt oder reflektiert wird, das mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, der gemäß dem Laseransteuersignal abgegeben wird, wobei die Hilfssteuereinrichtung (7) das logische Signal gemäß der Intensität des Lichts erzeugt, das durch den Sensor (6) gemessen ist.
Laserbearbeitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die Intensität des Lichts, das von dem Werkstück abgestrahlt wird, die durch den Sensor (6) gemessen wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Intensität ist, die Hilfssteuereinrichtung (7) ein logisches Signal zum Anhalten der Laserabgabe ausgibt.
Laserbearbeitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei, wenn die Intensität des Lichts, das von dem Werkstück reflektiert wird, die durch den Sensor (6) gemessen wird, größer oder gleich einer vorbestimmten Intensität ist, die Hilfssteuereinrichtung (7) ein logisches Signal zum Senden der Laserabgabe ausgibt.
Laserbearbeitungssystem gemäß Anspruch 1, wobei die logische Operationseinheit (28, 29) weiterhin eine Umschaltvorrichtung (30) umfasst, die zwischen einer Verwendung und Nicht-Verwendung des logischen Signals umschaltet, das aus der Hilfssteuereinrichtung (7) ausgegeben ist.