DE102017101223A1

DE102017101223A1 - Maschinenlernvorrichtung zum lernen von Bedinungen zum Starten von Laser-Bearbeitung, Laservorrichtung und Maschinenlernverfahren

Info

Publication number: DE102017101223A1
Application number: DE102017101223.0A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takigawa; Akinori Ohyama; Hiroyuki Yoshida; Hisatada Machida; Michinori Maeda; Ryusuke Miyata
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2017-01-23
Publication date: 2017-08-03
Anticipated expiration: 2037-01-24
Also published as: DE102017101223B4; CN107009031B; CN107009031A; JP2017131937A; JP6339603B2; US20170220927A1; US10643127B2

Abstract

Die Maschinenlernvorrichtung umfasst Folgendes: eine Zustandsdaten-Beobachtungseinheit, die Zustandsdaten der Laservorrichtung beobachtet, die die von einer Einheit zur Detektion von reflektiertem Licht zum Messen einer reflektierten Lichtmenge ausgegebenen Daten umfassen; eine Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit, die ein Erfolgs/Fehlschlagsergebnis erfasst, das angibt, ob die Bearbeitung erfolgreich durch den Laserstrahl gestartet wurde, der von einem Laseroszillator abgegeben wurde; eine Lerneinheit, die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung verknüpft; und eine Entscheidungsfindungseinheit, die die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Bezugnahme auf die durch die Lerneinheit gelernten Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Maschinenlernvorrichtung zum Lernen einer Bedingung zum Starten von Laserbearbeitung und eine Laser-Vorrichtung und ein Maschinenlernverfahren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Maschinenlernvorrichtung, die Lichtabgabe-Befehlsdaten lernt, um Laser-Bearbeitung eines Werkstücks zu starten, ohne einen Schaden an einem Laseroszillator oder einem optischen Lasersystem aufgrund eines reflektierten Laserstrahls zu verursachen oder eine Betriebsunterbrechung der Laseroszillation aufgrund der Erzeugung eines Alarms zu verursachen, und eine Laservorrichtung und ein Maschinenlernverfahren.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Da die Verhinderung von Schaden an einem Laseroszillator oder einem optischen Lasersystem aufgrund von reflektiertem Licht eine wichtige Frage bei der Gestaltung einer Laservorrichtung ist, wurde bislang über eine Vielzahl von damit verbundenen Techniken berichtet.
Zum Beispiel offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-30032 eine Technik zum Überwachen, ob der Flächenzustand eines Werkstücks normal ist oder nicht, unter Verwendung einer Laserlicht-Messeinheit und einer Einheit zur Messung des reflektierten Lichts. Ferner offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-42981 einen Lichtleitfaser-Laser, der mit einem Pumplichtquellen-Steuerungsmittel ausgerüstet ist, um die Verstärkung des zurückkehrenden Lichts durch Verringerung der Abgabe der Pumplichtquelle zu verhindern, wenn die Stärke des zurückkehrenden Lichts einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Ferner offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. H11-170074 eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die mit einem Detektor für reflektiertes Licht und einer Einheit zur Berechnung der Stärke des reflektierten Lichts unmittelbar nach der Reflexion unter Verwendung einer Tabelle der Verteilung des reflektierten Lichts ausgerüstet ist und die einen Laseroszillator basierend auf einem Vergleich steuert, der zwischen der durch die Einheit zur Berechnung der Stärke des reflektierten Lichts berechneten reflektierten Lichtstärke und seinem Bezugswert vorgenommen wird. Ferner offenbart die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000-126880 eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die den Laserstrahl basierend auf einem Vergleich steuert, der zwischen dem Betrag des Anstiegs der Stärke des reflektierten Lichts, der mathematisch von der Stärke des reflektierten Lichts erhalten wird, und einem vorbestimmten Bezugswert vorgenommen wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
In der Laservorrichtung des vorhergehend genannten Standes der Technik wird indes, wenn die Menge des reflektierten Lichts überwacht wird, die überwachte Lichtmenge nicht zum Steuern der Lichtabgabe verwendet oder die Lichtabgabe wird nur verringert, wenn die Menge des reflektierten Lichts zunimmt, oder die Lichtabgabe wird nur basierend auf den Daten gesteuert, die durch Umwandeln der Menge des reflektierten Lichts unter Verwendung einer einfachen mathematischen Gleichung erhalten wird. Es wird nicht erwähnt, wie die Laserstrahl-Abgabebedingung basierend auf der detektierten Menge des reflektierten Lichts eingestellt werden sollte, damit die Bearbeitung mit einer hohen Erfolgswahrscheinlichkeit durch Bilden kleiner Vertiefungen oder Löcher unter Beibehaltung der Menge des reflektierten Lichts auf oder unter einem zulässigen Pegel gestartet werden kann, noch wird irgendeine Technik offenbart, die eine zweckmäßige Lichtabgabebedingung ableiten kann, zum Teil weil solche Bedingungen durch das Material, die Temperatur und den Flächenzustand des Werkstücks beeinflusst werden können.
Folglich kann es sein, dass es, wenn die Menge des reflektierten Lichts überwacht wird, nicht möglich ist, schnell die Laserstrahl-Abgabebedingung zum Starten der Bearbeitung zu bestimmen, oder ein Alarm, der eine übermäßige Menge an reflektierten Licht angibt, kann aufgrund der schlechten Reproduzierbarkeit wiederholt abgegeben werden. Dies kann eine Unfähigkeit zum Starten der Bearbeitung innerhalb kurzer Zeit zur Folge haben oder kann zu einer Unfähigkeit zum Starten der Bearbeitung führen. Darüber hinaus musste zur Steigerung der Erfolgsquote der Fähigkeit zum Starten der Bearbeitung ein Mensch eine enorme Datenmenge durch Wiederholen eines empirischen Annäherungsverfahrens und dadurch Suchen nach einer optimalen Laserstrahl-Abgabebedingung sammeln, um in der Lage zu sein, die Bearbeitung zu starten.
In der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2007-30032 ist weder eine Beschreibung darüber gegeben, wie das Ergebnis der Überwachung des Flächenzustands an die Laserstrahl-Abgabebedingung zurückzuführen ist, noch wird irgendein Verfahren zum Starten der Bearbeitung durch Verringerung der Menge des reflektierten Lichts auf einen vorgeschriebenen Pegel offenbart. In der Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 2007-42981 können Fälle auftreten, in denen die Bearbeitung nicht gestartet werden kann, wenn die Abgabe der Pumplichtquelle nur verringert wird. Die Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-42981 stellt indes kein Lösungsverfahren zur Behandlung eines solchen Problems bereit.
Ferner führt in den Ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichungen Nr. H11-170074 und 2000-126880 , wenn der Laseroszillator basierend auf einem Vergleich gesteuert wird, der zwischen der reflektierten Lichtstärke und ihrem Bezugswert vorgenommen wird, dies nicht zum Start der Bearbeitung durch Verringerung des Pegels des reflektierten Lichts und das Problem wird nicht gelöst.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorhergehenden Umstände erdacht und eine Aufgabe der Erfindung besteht im Bereitstellen einer Maschinenlernvorrichtung, die ohne menschlichen Eingriff eine Laserstrahl-Abgabebedingung lernen kann, die zum Starten von Laserbearbeitung in kürzestmöglicher Zeit optimal ist, während beim Starten der Bearbeitung gleichzeitig die Menge des reflektierten Lichts auf oder unterhalb eines vorbestimmten Pegels beibehalten wird, und auch im Bereitstellen einer Laservorrichtung und eines Maschinenlernverfahrens.
Zum Erfüllen der vorhergehenden Aufgabe wird gemäß einer ersten Erfindung eine Maschinenlernvorrichtung zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen an die Laserstromversorgungseinheit auszugebenden Lichtabgabebefehl zum Starten der Bearbeitung enthalten, zur Verwendung in einer Laservorrichtung bereitgestellt, die mindestens einen Laseroszillator zum Durchführen von Bearbeitung, wie beispielsweise Schneiden oder Schweißen, durch Anwenden eines Laserstrahls auf ein Werkstück, und mindestens eine oder mehrere Laserstromversorgungseinheiten zum Versorgen des Laseroszillators mit Strom umfasst, wobei die Maschinenlernvorrichtung Folgendes umfasst: eine Zustandsdaten-Beobachtungseinheit, die Zustandsdaten der Laservorrichtung beobachtet, die Daten, die von einer Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts zum Messen einer Abgabelichtmenge abgegeben werden, die die Menge des Laserstrahls ist, der von dem Laseroszillator durch Durchqueren eines optischen Lasersystems abgegeben wird, und Daten umfasst, die von einer Einheit zur Detektion von reflektiertem Licht zum Messen einer reflektierten Lichtmenge abgegeben werden, die die Menge des reflektierten Lichts ist, wobei das reflektierte Licht der Laserstrahl ist, der von einer Oberfläche des Werkstücks zurück in den Laseroszillator und/oder das optische Lasersystem reflektiert wird; eine Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit, die ein Erfolgs/Fehlschlagsergebnis erfasst, das angibt, ob die Bearbeitung erfolgreich durch den Laserstrahl gestartet wurde, den der Laseroszillator basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben hat; eine Lerneinheit, die eine Ausgabe von der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit und eine Ausgabe von der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit empfängt und die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung lernt; und eine Entscheidungsfindungseinheit, die die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, unter Bezugnahme auf die durch die Lerneinheit gelernten Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt, und wobei die Maschinenlernvorrichtung die Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Starten der Bearbeitung auf dem Werkstück innerhalb eines vordefinierten Zeitraums lernt, während eine Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge nicht einen zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, der auf einen höheren Wert festgelegt ist als ein erster vorbestimmter Pegel.
Gemäß einer zweiten Erfindung wird in der ersten Erfindung, wenn die reflektierte Lichtmenge, die von den Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, unverzüglich ein Befehl zum vorübergehenden Abschalten oder Verringern der Laserstrahlabgabe an die Laserstromversorgungseinheit abgegeben, auch wenn die Laserstromversorgungseinheit sich in dem Prozess zum Ausführen des Lichtabgabebefehls befindet, und die Entscheidungsfindungseinheit erneut neue nächste Lichtabgabebefehlsdaten ausgibt.
Gemäß einer dritten Erfindung wird in der ersten oder zweiten Erfindung der zweite vorbestimmte Pegel für die reflektierte Lichtmenge auf einen niedrigeren Wert festgelegt als ein Alarmpegel, der einer Lichtmenge entspricht, oberhalb derer eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die reflektierte Lichtmenge den Laseroszillator und/oder das optische Lasersystem beschädigt.
Gemäß einer vierten Erfindung gibt in einer von der ersten bis dritten Erfindung die Entscheidungsfindungseinheit die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten im Wesentlichen in Folge auf die Art einer Zeitreihe, zumindest während des vordefinierten Zeitraums, aus, bis der Start der Bearbeitung erfolgreich ist.
Gemäß einer fünften Erfindung werden in einer von der ersten bis vierten Erfindung beim Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten, wenn irgendeine vorhergehende Lichtabgabe-Befehlsdatenausgabe vor diesen Lichtabgabe-Befehlsdaten vorhanden ist, die Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts, die für die Laserstrahlabgabe basierend auf den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten erhalten werden, beim Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten verwendet.
Gemäß einer sechsten Erfindung verwendet in einer von der ersten bis fünften Erfindung die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit die Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts.
Gemäß einer siebten Erfindung wird in einer von der ersten bis sechsten Erfindung das Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung, das durch die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit zu erfassen ist, in der Form eines Ergebnisses gegeben, das angibt, ob die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmen, die für die Bearbeitung des Werkstücks erforderlich oder zweckmäßig sind, innerhalb des vorbestimmten Zeitraums erfolgreich ausgegeben wurden oder nicht.
Gemäß einer achten Erfindung erfasst in einer von der ersten bis siebten Erfindung die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit mindestens eines von den Ergebnissen, die den Erfolg oder das Fehlschlagen des Starts der Bearbeitung, die zum Start der Bearbeitung erforderliche Zeit, die Anzahl der Male oder die Frequenz, mit der die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, und einen Betrag umfassen, der einem zeitintegrierten Wert eines Betrags entspricht, um den die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat.
Gemäß einer neunten Erfindung umfasst in einer von der ersten bis achten Erfindung die Lerneinheit eine Belohnungsberechnungseinheit zum Berechnen einer Belohnung basierend auf einer Ausgabe der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit, und eine Wertfunktion, die einen Wert der Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt, und umfasst ferner eine Wertfunktionsaktualisierungseinheit zum Aktualisieren der Wertfunktion basierend auf der Belohnung.
Gemäß einer zehnten Erfindung umfasst die Lerneinheit in einer von der ersten bis achten Erfindung ein Lernmodell zum Lernen des Lichtabgabebefehls und umfasst ferner eine Fehlerberechnungseinheit zum Berechnen eines Fehlers basierend auf einer Ausgabe der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit und auf dem Lernmodell, und eine Lernmodell-Aktualisierungseinheit zum Aktualisieren des Lernmodells basierend auf dem Fehler.
Gemäß einer 11. Erfindung umfasst in einer von der ersten bis zehnten Erfindung die Maschinenlernvorrichtung ein neuronales Netz.
Gemäß einer 12. Erfindung umfassen in einer von der ersten bis elften Erfindung die Zustandsdaten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben werden, und/oder die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die von der Entscheidungsfindungseinheit ausgegeben werden, mindestens eines von Folgendem: Laserstrahlabgabe, Spitzenabgabe, Impulsbreite, Impulsabstand, Wiederholungsfrequenz, Anzahl der wiederholenden Impulse, Prozessgas-Sprühbedingungen, Transmissionsgrad, Brennweite und F-Wert des optischen Lasersystems, Lichtpunktgröße des auf der Oberfläche des Werkstücks fokussierten Laserstrahls, relative Lagebeziehung zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem fokussierten Punkt des Laserstrahls, Einfallswinkel des Laserstrahls zur Oberfläche des Werkstücks, Temperatur des Werkstücks, Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchtigkeit.
Gemäß einer 13. Erfindung wird eine Laservorrichtung bereitgestellt, die mit der Maschinenlernvorrichtung von einer von der ersten bis zwölften Erfindung ausgestattet ist, die Folgendes umfasst: den Laseroszillator; die Laserstromversorgungseinheit; das optische Lasersystem; die Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts; die Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts; und eine Steuereinrichtung, die den Laseroszillator, die Laserstromversorgungseinheit, das optische Lasersystem, die Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts und die Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts unabhängig voneinander steuert.
Gemäß einer 14. Erfindung umfasst in der 13. Erfindung die Laservorrichtung mindestens zwei oder mehr Einheiten zur Detektion des reflektierten Lichts und mindestens eine Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts zum Detektieren von jedem von mehreren reflektierten Lichtanteilen, die sich durch verschiedene Lichtwege ausbreiten.
Gemäß einer 15. Erfindung umfasst die Laservorrichtung in der 13. oder 14. Erfindung eine Lichtquelle, die von dem Laseroszillator verschieden ist, einen Lichtdetektor zum Detektieren von Licht von der Lichtquelle und ein optisches System, durch das das Licht von der Lichtquelle auf das Werkstück angewandt wird und durch das das von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Licht auf den Lichtdetektor einfällt, derart, dass ein Zustand des von dem Werkstück reflektierten Lichts sogar dann beobachtet werden kann, wenn der Laserstrahl von dem Laseroszillator nicht abgegeben wird, und ein Ergebnis der Beobachtung als eines von den Zustandsdatenelementen in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben wird.
Gemäß einer 16. Erfindung umfasst die Laservorrichtung in einer von der 13. bis 15. Erfindung eine Infrarotdetektionseinheit und/oder eine Plasmalicht-Detektionseinheit zur Detektion von Infrarot- und/oder Plasmalicht, das von der Nähe einer bezeichneten Position auf dem Werkstück ausgestrahlt wird, wo der Laserstrahl angewandt wird oder dessen Anwendung beabsichtigt ist, und Daten, die durch die Infrarotdetektionseinheit und/oder Plasmalicht-Detektionseinheit detektiert werden, als eines von den Zustandsdatenelementen in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben werden.
Gemäß einer 17. Erfindung sind in einer von der 13. bis 16. Erfindung mehrere von den Laservorrichtungen vorhanden, und mehrere von den Maschinenlernvorrichtungen, die jeweils eine für jede von den Laservorrichtungen bereitgestellt werden, sind ausgestaltet, um über Kommunikationsmedien Daten gemeinsam zu verwenden oder miteinander auszutauschen.
Gemäß einer 18. Erfindung befindet sich die Maschinenlernvorrichtung in der 17. Erfindung in einem Cloud-Server.
Gemäß einer 19. Erfindung wird ein Maschinenlernverfahren zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten bereitgestellt, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit zum Starten der Bearbeitung des Werkstücks durch den Laserstrahl innerhalb des vordefinierten Zeitraums bei gleichzeitigem Erfüllen der Bedingung enthalten, dass die reflektierte Lichtmenge nicht einen zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, wobei das Maschinenlernverfahren Folgendes umfasst: Beobachten von Zustandsdaten der Laservorrichtung, die die von der Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts zum Messen der abgegebenen Lichtmenge ausgegebenen Daten und die von der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts zum Messen der reflektierten Lichtmenge ausgegebenen Daten umfassen; Erfassen eines Erfolgs/Fehlschlagsergebnisses, das angibt, ob die Bearbeitung erfolgreich durch den Laserstrahl gestartet wurde; Empfangen der beobachteten Zustandsdaten der Laservorrichtung und des erfassten Erfolgs/Fehlschlagsergebnisses des durch den Laserstrahl durchgeführten Starts der Bearbeitung; und Lernen der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung.
Gemäß einer 20. Erfindung wird ein Maschinenlernverfahren zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten bereitgestellt, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit zum Starten der Bearbeitung des Werkstücks durch den Laserstrahl innerhalb des vordefinierten Zeitraums bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedingung enthalten, dass die reflektierte Lichtmenge nicht einen zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, wobei das Maschinenlernverfahren Folgendes umfasst: Beobachten von Zustandsdaten der Laservorrichtung, die die von der Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts zum Messen der abgegebenen Lichtmenge ausgegebenen Daten und die von der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts zum Messen der reflektierten Lichtmenge ausgegebenen Daten umfassen; Erfassen eines Ergebnisses für die Lichtabgabe-Befehlsdaten, wobei das Ergebnis die detektierte, von dem Werkstück reflektierte Lichtmenge umfasst; und Lernen der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die die reflektierte Lichtmenge umfassen.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der detaillierten Beschreibung typischer Ausführungsformen hervor, die in der Folge unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen dargelegt sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in konzeptueller Form zeigt.
2 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf einen Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
3 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
4 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
5 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
6 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
7 ist ein Diagramm, das schematisch veranschaulicht, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an eine Laserstromversorgungseinheit ausgegeben wird, sich über die Zeit ändern.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs einer Maschinenlernvorrichtung veranschaulicht, die in 1 gezeigt ist.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Laservorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in konzeptueller Form zeigt.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs einer Maschinenlernvorrichtung veranschaulicht, die in 9 gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in der Folge unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Über die Zeichnungen hinweg sind gleiche Bauteilelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Ferner sind die Zeichnungen der Einfachheit des Verständnisses halber nicht notwendigerweise maßstabsgetreu.
1 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Laservorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in konzeptueller Form zeigt. Die Laservorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist eine Laservorrichtung 1 zum Durchführen von Bearbeitung, wie beispielsweise Schneiden oder Schweißen, durch Anwenden des Laserstrahls 14 auf ein Werkstück 2 und umfasst Folgendes: mindestens einen Laseroszillator 3; mindestens eine oder mehrere Laserstromversorgungseinheiten 4 zum Versorgen des Laseroszillators 3 mit Strom; ein optisches Lasersystem 5; eine Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts zum Messen einer abgegebenen Lichtmenge, die die Menge des Laserstrahls 14 ist, der von dem Laseroszillator 3 durch Durchqueren des optischen Lasersystems 5 abgegeben wird; eine Einheit 7 zum Detektieren des reflektierten Lichts zum Messen einer reflektierten Lichtmenge, die die Menge des reflektierten Lichts 15 ist, wobei das reflektierte Licht 15 der Laserstrahl 14 ist, der von einer Oberfläche des Werkstücks 2 zurück in den Laseroszillator 3 und/oder das optische Lasersystem 5 reflektiert wird; eine Steuereinrichtung 13, die den Laseroszillator 3, die Laserstromversorgungseinheit 4, das optische Lasersystem 5, die Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und die Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts unabhängig voneinander steuert; und eine Maschinenlernvorrichtung 8.
Die Maschinenlernvorrichtung 8 umfasst eine Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9, eine Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10, eine Lerneinheit 11 und eine Entscheidungsfindungseinheit 12. Die Maschinenlernvorrichtung 8 lernt Lichtabgabefehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl enthalten, der an die Laserstromversorgungseinheit 4 auszugeben ist, und gibt sie aus.
Der Laseroszillator 3 ist zum Beispiel ein Direktdiodenlaseroszillator, der ein Laserdiodenmodul als eine Laserlichtquelle verwendet, oder ein Faserlaseroszillator, der ein Laserdiodenmodul als eine Pumplichtquelle verwendet. Die Laserstromversorgungseinheit 4, die das Laserdiodenmodul in einem solchen Laseroszillator 3 mit Strom versorgt, wird durch die Steuervorrichtung 13 gesteuert. Der Laserstrahl 14, der von dem Laseroszillator 3 abgegeben wird, wird auf das Werkstück 2 durch Durchqueren des optischen Lasersystems 5 abgegeben und wird verwendet, um einen Bearbeitungsarbeitsvorgang, wie beispielsweise Schneiden oder Schweißen, auf dem Werkstück 2 durchzuführen.
Grundlegende Informationen der Laservorrichtung 1, die grundlegende Merkmale, wie beispielsweise den Bereich der abgegebenen Lichtmenge, die die Laservorrichtung 1 abzugeben in der Lage ist, und das Verhältnis zwischen der abgegebenen Lichtmenge und der/des von der Laserstromversorgungseinheit 4 an den Laseroszillator 3 gelieferten Spannung und Stroms definieren, können im Voraus von der Steuereinrichtung 13 in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 geladen werden.
Der Laserstrahl 14, der auf das Werkstück 2 angewandt wird, wird von der Oberfläche des Werkstücks 2 reflektiert und tritt wieder in den Laseroszillator 3 und/oder das optische Lasersystem 5 ein; wenn die Menge des erneut eintretenden reflektierten Lichts 15 (zurückkehrendes Licht) groß ist, können der Laseroszillator 3 und/oder das optische Lasersystem 5 beschädigt werden. Es ist daher wünschenswert, dass beim Detektieren, dass die reflektierte Lichtmenge, die von den Ausgabedaten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts erhalten wird, einen ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, ein Befehl zum zeitweiligen Abschalten oder Verringern des abgegebenen Laserstrahls, der an die Laserstromversorgungseinheit 4 auszugeben ist, um die Abgabe des Laserstrahls 14 abzuschalten oder zu verringern, auch wenn die Laserstromversorgungseinheit 4 sich im Prozess zum Ausführen des Lichtabgabebefehls befindet. Es ist indes wünschenswert, dass die Entscheidungsfindungseinheit 12 Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen neuen nächsten Lichtabgabebefehl enthalten, erneut an die Laserstromversorgungseinheit 4 ausgibt, derart, dass die Bearbeitung gestartet werden kann.
Ferner ist es wünschenswert, dass der erste vorbestimmte Pegel für die reflektierte Lichtmenge auf einen niedrigeren Wert festgelegt wird als der zweite vorbestimmte Lichtpegel, der auf einen niedrigeren Wert festgelegt wird als ein Alarmpegel, der einer Lichtmenge entspricht, oberhalb derer es sehr wahrscheinlich ist, dass die reflektierte Lichtmenge den Laseroszillator 3 und/oder das optische Lasersystem 5 beschädigt. Dies dient zum zuverlässigen Verhindern, dass Schaden am Laseroszillator 3 und/oder dem optischen Lasersystem 5 verursacht wird.
Es ist auch wünschenswert, dass die Entscheidungsfindungseinheit 12 die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten im Wesentlichen in Folge auf die Art einer Zeitreihe, zumindest während des vordefinierten Zeitraums abgibt, bis der Start der Bearbeitung erfolgreich ist.
Das Starten der Bearbeitung bedeutet das Starten des hauptsächlich beabsichtigten Bearbeitungsarbeitsvorgangs, wie beispielsweise Schneiden oder Schweißen, und die Bildung kleiner Vertiefungen oder Löcher, die vor dem Durchführen des Bearbeitungsarbeitsvorgangs durchzuführen ist und aus diesem Grund nicht in dem hauptsächlich beabsichtigten Bearbeitungsarbeitsvorgang enthalten ist und nicht in die Kategorie der hier zu startenden Bearbeitung fällt.
Wenn die Entscheidungsfindungseinheit 12 ausgestaltet ist, um die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten im Wesentlichen in Folge auf die Art einer Zeitreihe zumindest während des vordefinierten Zeitraums auszugeben, bevor das Starten der Bearbeitung erfolgreich ist, steigt nicht nur die Wahrscheinlichkeit des erfolgreichen Startens der Bearbeitung, sondern kann auch der Zeitverlust verringert werden, da die Lichtabgabe-Befehlsdaten in Folge sogar abgegeben werden, nachdem das Starten der Bearbeitung mit Einzellichtabgabebefehlsdaten, die einem Versuch entsprechen, fehlschlägt.
Da die Lichtabgabebefehlsdaten in Folge abgegeben werden, folgt daraus, dass wenn die Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt werden, vorherige Lichtabgabe-Befehlsdaten vorhanden sind, die vor diesen Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgegeben wurden; daher ist es in diesem Fall wünschenswert, dass die Ausgabedaten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts, die für den Laserstrahl 14 erhalten werden, der basierend auf den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben wird, beim Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten verwendet werden. Durch die Verwendung der ausgegebenen Daten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts, die für den Laserstrahl 14 erhalten werden, der basierend auf den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben wird, wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben. Wenn mit den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, kann das Ergebnis auch zum Ausgeben der nächsten Lichtabgabe-Befehlsdaten zurückgeführt werden, was zum Verringern der Wahrscheinlichkeit des Ausgebens der Lichtabgabe-Befehlsdaten dient, derart, dass die reflektierte Lichtmenge erneut den ersten vorbestimmten Lichtpegel erreicht.
2 bis 7 veranschaulichen schematisch, wie sich die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge des Laserstrahls 14, der als Reaktion auf den Lichtabgabebefehl abgegeben wird, der an die Laserstromversorgungseinheit 4 ausgegeben wird, über die Zeit ändern. Es sei erwähnt, dass die Ordinate auf einer willkürlichen Skala aufgezeichnet ist, die durch Anwenden von Abwandlungen, wie beispielsweise Erhöhen des Verstärkungsfaktors der reflektierten Lichtmenge, der Einfachheit der Betrachtung halber konstruiert ist und nicht als absolute Werte darstellend zu verstehen ist.
In 2 wird das reflektierte Licht 15 (reflektierte Lichtmenge) mit einer gewissen Verzögerung in Bezug auf die Impulslaserstrahlabgabe (abgegebene Lichtmenge) detektiert. Dies veranschaulicht die Zeit, die zur Signalverarbeitung usw. erforderlich ist, aber dies ist lediglich veranschaulichend und, abhängig von der Zeitskala, sind Fälle vorhanden, in denen nahezu keine Zeitverzögerung auftritt. Ferner sind die Impulsbreite, der Impulsabstand und die Schwankung der Spitzenabgabe des Impulslaserstrahls 14, die in 2 gezeigt sind, auch lediglich veranschaulichend und nicht einschränkend und es sind auch eine Impulsbreite, ein Impulsabstand, eine Zeitachse usw. möglich, die vollständig von denjenigen verschieden sind, die in 2 gezeigt sind. Ferner können die Impulsbreite und der Impulsabstand variiert werden, wie in 3 gezeigt. Für gewöhnlich ist es wünschenswert, dass die Spitzenabgabe höher eingestellt wird, wenn die Menge des reflektierten Lichts abnimmt, aber alternativ kann die Spitzenabgabe konstant eingestellt werden.
In dem Beispiel von 2 nimmt, da sich der Flächenzustand des Werkstücks 2 aufgrund der Anwendung des Impulslaserstrahls 14 ändert, der Reflexionsgrad (∝ das Verhältnis von reflektierter Lichtmenge zu abgegebener Lichtmenge) ab und die Spitzenabgabe des Impulslaserstrahls erhöht sich schrittweise, aber da die abgegebene Lichtmenge den Pegel (im veranschaulichten Beispiel 300) erreicht hat, der für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich ist, ohne dass die reflektierte Lichtmenge sich bis zum ersten vorbestimmten Pegel (im veranschaulichten Beispiel 250) erhöht, wird die Bearbeitung durch Festlegen der abgegebenen Lichtmenge auf den Pegel gestartet, der für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich ist. In 4 ist das Verhältnis der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge für den Fall von 2 aufgezeichnet. Wie gezeigt, nimmt der Reflexionsgrad ab, wenn der Flächenzustand des Werkstücks 2 sich aufgrund der Anwendung des Impulslaserstrahls ändert, und um den Start der Bearbeitung in einer kurzen Zeit zu ermöglichen, muss die Rate der Verringerung oder die Geschwindigkeit der Verringerung des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge erhöht werden, und der Laserstrahl 14 mit einer hohen Abgabe, die eine Änderung des Flächenzustands des Werkstücks 2 bewirkt, muss innerhalb eines Bereichs angewandt werden, der nicht bewirkt, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel überschreitet.
Die Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Befehlen der Abgabe des Impulslaserstrahls können als Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Befehlen der Abgabe eines einzelnen Impulses abgegeben werden oder können als Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Befehlen mehrerer Impulslaserstrahlabgaben in einer einzigen Operation abgegeben werden, wie in 2 gezeigt.
5 veranschaulicht ein Beispiel, wie die abgegebene Lichtmenge und die reflektierte Lichtmenge sich mit der Zeit ändern, nachdem die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat. In diesem Beispiel wird, da die reflektierte Lichtmenge für den dritten Lichtimpuls den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, die Laserabgabe zeitweilig verringert und Informationen, die angeben, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, werden zurückgeführt (gelernt), und auf deren Basis werden die nächsten Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben. Im Vergleich zum Fall von 2 nimmt die Zeit, die für den Start der Bearbeitung erforderlich ist, zu.
Der Laserstrahl 14, der vor dem Start der Bearbeitung abzugeben ist, um die Bearbeitung zu starten, muss nicht auf gepulstes Licht beschränkt sein. Zum Beispiel können ein kontinuierlich variierender Laserstrahl 14, wie beispielsweise in 6 gezeigt, oder eine Ausgangswellenform, die durch Überlagern des Impulslaserstrahls auf dem kontinuierlich variierenden Laserstrahl 14 erzeugt wird, wie in 7 gezeigt, verwendet werden. Selbstverständlich kann die abgegebene Lichtmenge konstant eingestellt werden, so dass sie während eines gewissen Zeitraums nicht variiert. Die einzige Anforderung besteht darin, dass die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die es ermöglichen, die Bearbeitung in einem kurzen, zu lernenden und auszugebenden Zeitraum zu starten, und die abgegebene Wellenform usw. muss nicht auf die abgegebene Wellenform usw. begrenzt sein, die in 2 bis 7 veranschaulicht ist.
In 1 zeigen offene Pfeile schematisch Lichtstrahlen des Laserstrahls 14 und des reflektierten Lichts 15 an, aber die hier schematisch angegebenen Lichtstrahlen sind nicht auf diejenigen beschränkt, die sich durch den Raum ausbreiten, sondern umfassen auch zum Beispiel solche, die sich durch Lichtleitfaser ausbreiten. Das gleiche gilt für den Laserstrahl 14, der von der Laservorrichtung 1 abgegeben wird, und der Laserstrahl 14 ist schematisch angegeben, indem auch die Einbeziehung einer Konstruktion berücksichtigt wird, in der ein Bearbeitungskopf am Ende der Lichtleitfaser bereitgestellt ist, wobei der Bearbeitungskopf derart gestaltet ist, dass der Laserstrahl 14, der sich durch die Lichtleitfaser ausbreitet, im Wesentlichen auf die Oberfläche des Werkstücks 2 fokussiert ist. Obgleich der Laserstrahl 14, der auf das Werkstück 2 angewandt wird, und das von dem Werkstück 2 reflektierte Licht 15 der Einfachheit der Betrachtung halber mit zueinander versetzten optischen Achsen gezeigt sind, versteht sich, dass wenn der Laserstrahl 14 im Wesentlichen normal auf die Oberfläche des Werkstücks 2 einfällt, die optischen Achsen im Wesentlichen zusammenfallen, wobei die Richtung des Lichtstrahls bei der Reflexion einfach umgekehrt ist.
Ferner ist, obgleich das optische Lasersystem 5 als vollständig innerhalb der Laservorrichtung enthalten dargestellt ist, das optische Lasersystem 5 dahingehend illustriert, dass es auch die Optik des Bearbeitungskopfs enthüllt, der am Ende der Lichtleitfaser vorgesehen ist, die sich von der Laservorrichtung 1 nach außen erstreckt, und das optische Lasersystem 5 wird derart verwendet, dass der Laserstrahl 14, der von der Laservorrichtung 1 abgegeben wird, im Wesentlichen zum Beispiel auf die Oberfläche des Werkstücks 2 fokussiert ist. Es ist wünschenswert, dass das optische Lasersystem 5 so konfiguriert ist, dass es in der Lage ist, durch die Steuerungsvorrichtung 13 gesteuert zu werden.
Obgleich schematisch veranschaulicht ist, dass das Licht auf der Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts von dem optischen Lasersystem 5 einfällt, ist die Konstruktion, um das Licht auf der Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts zum Einfallen zu bringen, nicht auf die dargestellte Konstruktion beschränkt; zum Beispiel kann, wenn das Licht sich durch den Raum ausbreitet, ein Teil des Lichts unter Verwendung von zum Beispiel eines halbdurchlässigen Spiegels abgetrennt werden und der abgetrennte Teil des Lichts kann detektiert werden, und wenn das Licht sich durch Lichtleitfaser ausbreitet, kann das Licht, das vom Ende der Lichtleitfaser austritt und unter Verwendung von zum Beispiel einem optischen Teiler getrennt wird, detektiert werden, oder das Licht, das durch den Mantel der optischen Faser entweicht, kann detektiert werden.
In 1 sind nur ein Laseroszillator 3 und eine Laserstromversorgungseinheit 4 gezeigt, aber die Laservorrichtung 1 kann mehrere Laseroszillatoren 3 für Zwecke wie das Erhöhen des abgegebenen Stroms umfassen. Der Laserstrahl 14 von den mehreren Laseroszilatoren 3 kann unter Verwendung eines Strahlkombinierers kombiniert werden. In diesem Fall können unabhängig steuerbare Laserstromversorgungseinheiten 4, eine für jeden Laseroszillator 3, bereitgestellt werden.
Ferner sind in 1 die Ausgaben von der Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts oder des optischen Lasersystems 5 direkt mit der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 und der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 gekoppelt, aber eine Vorverarbeitungseinheit, die eine Vorverarbeitung, wie beispielsweise das Berechnen des Reflexionsgrades der Oberfläche des Werkstücks 2 von den Ausgabedaten der Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts durchführt, kann zum Beispiel bereitgestellt werden und die Abgaben können zuerst in die Vorverarbeitungseinheit eingespeist werden und dann in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 und in die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 eingegeben werden.
Die Maschinenlernvorrichtung 8, die die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10, die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9, die Lerneinheit 11 und die Entscheidungsfindungseinheit 12 umfasst, weist die Funktion der Gewinnung nützlicher Regeln, der Darstellung von Wissen, Kriterien usw. durch die Analyse von einer Menge von Daten, die in die Maschinenlernvorrichtung 8 eingegeben werden und das Ausgeben des Ergebnisses der Bewertung während des Erlernens des Wissens (Maschinenlernen) auf.
Die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 kann die ausgegebenen Daten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts verwenden. Wenn die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 die ausgegebenen Daten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts verwendet, können die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die das Starten der Bearbeitung unter der Bedingung ermöglichen, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel nicht erreicht, wirksam gelernt werden, um die Belohnung zu erhöhen.
Es ist wünschenswert, dass das Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung, das durch die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 zu erfassen ist, in der Form eines Ergebnisses gegeben wird, das angibt, ob die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmen, die für die Bearbeitung des Werkstücks 2 erforderlich oder zweckmäßig sind, innerhalb des vorbestimmten Zeitraums erfolgreich ausgegeben wurden. Wenn das Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung, das durch die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 zu erfassen ist, in der Form des Ergebnisses gegeben wird, das angibt, ob die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmen, die für die Bearbeitung des Werkstücks 2 erforderlich oder zweckmäßig sind, innerhalb des vorbestimmten Zeitraums erfolgreich ausgegeben wurden, kann das Lernen, das mit dem Zweck der Erfindung übereinstimmt, durchgeführt werden, um die Bearbeitung innerhalb des vordefinierten Zeitraums zu starten. Nachdem die Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgegeben wurden, die im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmen, die für die Bearbeitung des Werkstücks 2 erforderlich oder zweckmäßig sind, das heißt, nachdem die beabsichtigte Bearbeitung erfolgreich gestartet wurde, ist es wünschenswert, die Lichtabgabe-Befehlsdaten als die Lichtabgabe-Befehlsdaten zu halten, die zur Bearbeitung des Werkstücks 2 erforderlich oder zweckmäßig sind. Dementsprechend kann, nachdem die beabsichtigte Bearbeitung erfolgreich gestartet wurde, die Steuerungsvorrichtung 13 den Laseroszillator 3, die Laserstromversorgungseinheit 4, das optische Lasersystem 5, die Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und die Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts nicht basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten, die von der Entscheidungsfindungseinheit 12 geliefert werden, sondern basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten steuern, die in der Steuerungsvorrichtung 13 gehalten werden.
In der Maschinenlernvorrichtung 8, die in 1 veranschaulicht ist, umfasst die Lerneinheit 11 eine Belohnungsberechnungseinheit 16 und eine Wertfunktionsaktualisierungseinheit 17 und die Belohnungsberechnungseinheit 16 berechnet eine Belohnung basierend auf den Ergebnissen, die durch die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 erfasst wurden, die den Erfolg oder das Fehlschlagen des Starts der Bearbeitung, die Zeit, die zum Starten der Bearbeitung erforderlich ist, die Anzahl der Male oder die Häufigkeit, mit der die reflektierte Lichtmenge den vorbestimmten Pegel erreicht hat, und eine Menge umfassen, die dem zeitintegrierten Wert der Menge entspricht, um die die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat; andererseits kann die Wertfunktionsaktualisierungseinheit 12 eine Wertfunktion aktualisieren, die den Wert der Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt, die die Entscheidungsfindungseinheit als Reaktion auf die Eingaben von der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 und der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 ausgibt.
Wenn die Bearbeitung innerhalb des vordefinierten Zeitraums erfolgreich gestartet wurde, kann die Belohnungsberechnungseinheit 16 die Belohnung erhöhen, mit Vorkehrungen, um den Betrag der Belohnung zu erhöhen, wenn die Zeit, die zum Starten der Bearbeitung erforderlich ist, kürzer ist, und wenn der Start der Bearbeitung innerhalb des vordefinierten Zeitraums fehlgeschlagen ist, kann die Belohnungsberechnungseinheit 16 die Belohnung verringern, mit Vorkehrungen, um den Betrag der Verringerung der Belohnung gemäß der Anzahl der Male oder der Häufigkeit, mit der die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, und und gemäß dem Betrag zu erhöhen, der dem zeitintegrierten Wert des Betrags entspricht, um den die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat.
Es gibt verschiedene Maschinenlerntechniken. Wie vorhergehend beschrieben, beobachtet die Entscheidungsfindungseinheit 12 beim sequentiellen Ausgeben der Lichtabgabe-Befehlsdaten den Zustand der Umgebung und bestimmt die auszugebenden Lichtabgabe-Befehlsdaten, aber die Lichtabgabe-Befehlsdaten selbst können eine Änderung in der Umgebung bewirken; zum Beispiel kann die Temperatur des Werkstücks 2 aufgrund der Anwendung des Laserstrahls 14, der basierend auf den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben wird, ansteigen. Dementsprechend ist es wünschenswert, Lernen durch Verstärkung einzusetzen, wobei in diesem Fall jedes Mal, wenn die Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgegeben werden, ein Belohnungssignal rückgekoppelt wird und die Lichtabgabe-Befehlsdaten mit dem Ziel der Maximierung der Summe der in Zukunft zu erhaltenden Belohnungen gelernt werden.
Lernen durch Verstärkung ist ein Verfahren, das nicht nur Beurteilung und Klassifizierung sondern auch eine Aktion lernt und dadurch die zweckmäßige Aktion basierend auf der Interaktion zwischen der Aktion und der Umgebung lernt, das heißt, das Lernen durchführt, um die in der Zukunft zu erhaltende Belohnung zu maximieren. In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet dies, dass eine Aktion, die die Zukunft beeinflussen kann, erfasst werden kann, wobei die Aktion zum Beispiel derart ist, dass als ein Ergebnis der Ausgabe der Lichtabgabe-Befehlsdaten die Temperatur des Werkstücks 2 steigt, wodurch ein Start der Bearbeitung erleichtert wird.
Die Wertfunktionsaktualisierungseinheit 17 kann Lernen durch Verstärkung unter Verwendung von so genanntem Q-Lernen durchführen. Das Verfahren des Lernens durch Verstärkung ist indes nicht auf Q-Lernen beschränkt. Q-Lernen ist ein Verfahren zum Lernen eines Werts Q(s, a) zum Auswählen einer Aktion „a” bei einem gegebenen Umgebungszustand „s”; das heißt, bei einem gegebenen Umgebungszustand „s” wird eine Aktion „a” mit dem höchsten Wert Q(s, a) als die optimale Aktion ausgewählt.
Da indes zunächst der korrekte Wert von Q(s, a) für die Kombination des Zustands „s” und der Aktion „a” nicht bekannt ist, werden verschiedene Aktionen „a” bei dem gegebenen Zustand „s” ausgewählt und eine Belohnung für jede ausgewählte Aktion präsentiert. Auf diese Art werden die Auswahl der besseren Aktion und somit der korrekte Wert Q(s, a) gelernt.
Ferner besteht, da gewünscht wird, die Summe der in Zukunft als Ergebnis der Aktion zu erhaltenden Belohnungen zu maximieren, das Endziel im Erreichen von Q(s, a) = E[Σ(γ^t)r_t]. Hier stellt E[] den erwarteten Wert dar, t stellt die Zeit dar, γ ist ein Parameter, der der Diskontierungsfaktor genannt wird, der nachfolgend zu beschreiben ist, r_t ist die Belohnung zum Zeitpunkt t, und Σ stellt die Summe zum Zeitpunkt t dar. In dieser Gleichung wird der erwartete Wert in Bezug auf die Zustandsänderung genommen, von der erwartet wird, dass sie eintritt, wenn die optimale Aktion unternommen wird, aber da die optimale Aktion noch nicht bekannt ist, muss sie durch Suchen erlernt werden. Die Aktualisierungsgleichung für einen solchen Wert Q(s, a) ist zum Beispiel durch die folgende Gleichung (1) gegeben.
Mit anderen Worten, die Wertfunktion-Aktualisierungseinheit 17 aktualisiert die Wertfunktion Q(s_t, a_t) unter Verwendung der folgenden Gleichung (1).
wo s_t den Umgebungszustand zum Zeitpunkt t und a_t die Aktion am Zeitpunkt t bezeichnet. Mit der Aktion a_t ändert sich der Zustand auf s_t+1. Dann stellt r_t+1 die Belohnung dar, die als ein Ergebnis dieser Zustandsänderung gegeben wird. Der Term mit max wird durch Multiplikation des Q-Werts der Aktion „a” mit γ gegeben, wenn die Aktion „a” mit dem Q-Wert, der zu diesem Zeitpunkt als der höchste bekannt war, bei dem Zustand s_t+1 ausgewählt wurde. Hier ist γ ein Parameter innerhalb des Bereichs von 0 < γ ≤ 1 und wird der Diskontierungsfaktor genannt. Andererseits ist α der Lernkoeffizient, der innerhalb des Bereichs von 0 < α ≤ 1 eingestellt wird.
Die vorhergehende Gleichung (1) zeigt, wie der Bewertungswert Q(s_t, a_t) der Aktion a_t bei dem Zustand s_t basierend auf der Belohnung r_t+1 aktualisiert wird, die als ein Ergebnis des Versuchs a_t zurückgegeben wird. Das heißt, die Gleichung zeigt, dass, wenn die Summe der Belohnung r_t+1 und des Bewertungswerts Q(_st+1, max a_t+1) der besten Aktion „max a” bei dem nächsten Zustand, der durch die Aktion „a” bestimmt wird, größer als der Bewertungswert Q(s_t, a_t) der Aktion „a” bei dem Zustand „s” ist, Q(s_t, a_t) erhöht wird und umgekehrt, wenn er kleiner ist, Q(s_t, a_t) verringert wird. Das heißt, der Wert einer gegebenen Aktion bei einem gegebenen Zustand wird näher an den Wert der besten Aktion im nächsten Zustand gebracht, der durch diese gegebene Aktion und die Belohnung bestimmt wird, die unmittelbar als ein Ergebnis der Aktion zurückgegeben wird.
Es bestehen zwei Verfahren, um Q(s, a) auf einem Rechner auszudrücken: In einem Verfahren werden die Werte von allen Zustands/Aktionspaaren (s, a) in der Form einer Aktionswerttabelle gespeichert, und in dem anderen wird eine Funktion zum Annähern von Q(s, a) vorgesehen. Im letzteren Verfahren kann die vorhergehende Gleichung (1) durch Anpassen der Parameter der Näherungsfunktion, zum Beispiel unter Verwendung eines Wahrscheinlichkeitsgradientenabstiegsverfahrens oder dergleichen, ausgeführt werden. Ein neuronales Netz kann als die Näherungsfunktion verwendet werden. Das neuronale Netz wird zum Beispiel unter Verwendung einer Rechenvorrichtung, eines Speichers usw. gestaltet, das ein Neuronenmodell nachahmt.
Dann wird ein Beispiel des Betriebs der Maschinenlernvorrichtung 8, die in die Laservorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform enthalten ist, beschrieben. 8 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Maschinenlernvorrichtung 8 veranschaulicht, die in 1 gezeigt ist. Wie in 8 veranschaulicht, startet der Zeitgeber, wenn die Lernaktion (der Lernprozess) in der Maschinenlernvorrichtung 8 gestartet wird, die in 1 gezeigt ist, mit dem Zählen (Schritt S101). Als Nächstes wird bestimmt, ob die Zeit, die ab dem Start des Zählens verstrichen ist, den vordefinierten Zeitraum (Schritt S102) überschritten hat; wenn der vordefinierte Zeitraum nicht überschritten wird, werden Daten, die die Zustände der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts, des optischen Lasersystems usw. darstellen, an die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 geliefert (Schritt S103) und die Lichtabgabe-Befehlsdaten werden basierend auf den bislang erhaltenen Lernergebnissen, den Ausgabedaten der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 usw. bestimmt und die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit 4 umfassen, werden an die Steuerungsvorrichtung 13 geliefert (Schritt S104). Als Nächstes gibt die Steuerungseinheit 13 basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten Abgabebefehle an die Laserstromversorgungseinheit und andere Einheiten aus, um den Laserstrahl-Abgabearbeitsvorgang auszuführen (Schritt S105). Während die Laserstrahlabgabe basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgeführt wird, wird die reflektierte Lichtmenge konstant detektiert (Schritt S106) und beim Detektieren, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, wird die Laserabgabe zeitweilig abgeschaltet oder verringert (Schritt S112); wenn hingegen die reflektierte Lichtmenge niedriger ist als der erste vorbestimmte Pegel, wird die Laserabgabe, die basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgeführt wird, bis zum Ende komplett abgeschlossen und das Ergebnis für die Lichtabgabe-Befehlsdaten wird erfasst (Schritt S107). Das Ergebnis für die Lichtabgabe-Befehlsdaten wird bewertet (Schritt S108) und wenn die Lichtabgabe-Befehlsdaten den Pegel nicht erreichen, der im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmt, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig sind, das heißt, wenn das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit, die durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten erreicht wird, nicht das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit erreicht, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S101 zurück, um den Ablauf ab dem Schritt S101 zu wiederholen. Wenn hingegen die Lichtabgabe-Befehlsdaten den Pegel erreichen, der im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmt, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig sind, das heißt, wenn das Niveau der durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten erreichten Bearbeitungsfähigkeit das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit erreicht, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, dann wird bestimmt, dass die Bearbeitung gestartet werden kann, das heißt, dass die Bearbeitung erfolgreich gestartet wurde, und es wird eine positive Belohnung gegeben (Schritt S109). Die positive Belohnung kann gemäß der Zeit, die vom Beginn der Zeitgeberzählung verstrichen ist, d. h. der Zeit, die zum Start der Bearbeitung erforderlich ist, erhöht werden. Das heißt, es ist zu bevorzugen, die positive Belohnung zu erhöhen, wenn die Zeit, die zum Start der Bearbeitung erforderlich ist, kürzer ist, wodurch ein Anreiz zum Lernen des Verkürzens der für den Start der Bearbeitung erforderlichen Zeit gegeben wird. Da die Bearbeitung erfolgreich gestartet wurde, wird der Zeitgeber zurückgesetzt (Schritt S110), die Wertfunktion oder die Aktionswerttabelle wird aktualisiert (Schritt S111) und das Verfahren wartet, bis die nächste Bearbeitung gestartet wird.
Wenn in Schritt S102 bestimmt wird, dass die Zeit, die ab dem Start des Zählens verstrichen ist, den vordefinierten Zeitraum überschritten hat, wird bestimmt, dass der Start der Bearbeitung innerhalb des vordefinierten Zeitraums fehlgeschlagen ist; aus diesem Grund wird eine negative Belohnung gegeben (Schritt S114), der Zeitgeber wird zurückgesetzt (Schritt S110), die Wertfunktion wird aktualisiert (Schritt S111) und das Verfahren wartet auf den nächsten Befehl. Alternativ kann bewirkt werden, dass das Verfahren zu Schritt S101 zurückkehrt, um den Ablauf ab dem Schritt S101 zu wiederholen.
Ebenso wird, wenn im Schritt S106 bestimmt wird, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, und daraufhin die Laserabgabe zeitweilig abgeschaltet oder verringert wird (Schritt S112), eine negative Belohnung gegeben (Schritt S113), die Wertfunktion wird aktualisiert (Schritt S111) und das Verfahren kehrt zum Schritt S101 zurück, um den Ablauf ab dem Schritt S101 zu wiederholen.
Durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte S101 bis S114 führt die Lerneinheit 11 den Lernvorgang durch wiederholtes Aktualisieren der Wertfunktion oder der Aktionswerttabelle durch.
Für gewöhnlich beginnt das Lernen durch das vorhergehend beschriebene Lernen durch Verstärkung ab dem Zustand, in dem keine Kenntnis oder eine unvollständige Kenntnis der Ergebnisse vorliegt, die durch die Aktion verursacht würden, aber alternativ kann das Lernen durch Einstellen des Zustands, der durch Durchführen von Vorlernen durch überwachtes Lernen oder dergleichen erfasst wird, d. h. der Zustand, nachdem ein gewisses Ausmaß an erlerntem Wissen angehäuft wurde, als den Ausgangszustand begonnen werden. Überwachtes Lernen ist eine Lernmethode, in der der Maschinenlernvorrichtung 8 eine große Anzahl an Datensätzen übergeben wird, von denen jeder eine gegebene Eingabe und ein Ergebnis (Kennzeichen) umfasst und Merkmale lernt, die in den Datensätzen enthalten sind, wodurch induktiv ein Modell zum Schätzen des Ergebnisses von der Eingabe, das heißt der Beziehung zwischen ihnen, erfasst wird.
9 ist ein Blockdiagramm, das die Ausgestaltung einer Laservorrichtung 1 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in konzeptueller Form zeigt; genauer gesagt, ist hier eine Laservorrichtung 1 gezeigt, auf die überwachtes Lernen angewandt wird. Wie aus einem Vergleich zwischen 9 und der zuvor vorgestellten 1 ersichtlich ist, unterscheidet sich die Laservorrichtung 1 von 9, auf die überwachtes Lernen angewandt wird, von der Laservorrichtung 1 von 1, auf die Q-Lernen (Lernen durch Verstärkung) angewandt wird, durch den Einschluss einer Einheit zur Aufzeichnung von Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten.
Wie in 9 gezeigt, umfasst die Maschinenlernvorrichtung 8, die in die Laservorrichtung 1 aufgenommen ist, auf die überwachtes Lernen angewandt wird, eine Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9, eine Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10, eine Lerneinheit 11 und eine Entscheidungsfindungseinheit 12. Die Lerneinheit 11 umfasst eine Fehlerberechnungseinheit 19 und eine Lernmodell-Aktualisierungseinheit 20. Auch in der Laservorrichtung 1 dieser Ausführungsform lernt die Maschinenlernvorrichtung 8 Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl enthalten, der an die Laserstromversorgungseinheit 4 auszugeben ist, und gibt sie aus.
Ein Fehler zwischen dem Ergebnis (Kennzeichen), das von der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit 10 ausgegeben wird, und der Ausgabe des Lernmodells, das in der Lerneinheit 11 angewandt wird, wird durch die Fehlerberechnungseinheit 19 berechnet. Die Einheit 18 zur Aufzeichnung von Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten, die die vorhergehend erhaltenen Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten hält, kann die Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten an die Fehlerberechnungseinheit 19 übergeben. Alternativ können die Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten der Laservorrichtung 1 an die Fehlerberechnungseinheit 19 in der Laservorrichtung 1 über solche Mittel, wie eine Speicherkarte oder einen Kommunikationskanal, übergeben werden.
Wenn das Ergebnis, das die reflektierte Lichtmenge für die Lichtabgabe-Befehlsdaten umfasst, zum Beispiel den Kehrwert der Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge und/oder der Kehrwert der Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge, als der Fehler definiert ist und wenn die Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (einschließlich des Falls, in dem der Wert der Rate der Abnahme oder der Geschwindigkeit der Abnahme negativ ist, das heißt das Verhältnis zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge zunimmt, obgleich dies nicht oft der Fall sein kann) oder wenn die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat, wird bestimmt, dass ein endlicher Fehler mit einer gewissen Größe aufgetreten ist; dann wird es durch Durchführung von überwachtem Lernen, um den Fehler näher an Null zu bringen, möglich, die Lichtabgabe-Befehlsdaten zu lernen, die die Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge und/oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisse zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge maximiert, was grundlegend, aber von höchster Bedeutung ist, das heißt, die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die bei der Verringerung des Reflexionsgrads (x des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge) wirksam sind und die nicht bewirken, dass die reflektierte Lichtmenge den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet. Dann wird es unter Verwendung des Ergebnisses des Lernens auch möglich, weiteres fortgeschrittenes Lernen durchzuführen, derart, dass die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die zum Erhöhen der Lichtabgabe bis zu dem Pegel zweckmäßig sind, der die Bearbeitung in kurzer Zeit starten kann, ausgegeben werden können, während die Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, was das Endziel ist.
Da der Zweck des Startens der Bearbeitung bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedingung, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, der auf einem zufriedenstellenden Pegel mit dem überwachten Lernen allein erreicht werden kann, ist Lernen durch Verstärkung nicht notwendigerweise eine wesentliche Anforderung.
In einem Lernbeispiel einer Maschinenlernvorrichtung, die überwachtes Lernen durchführt, wird eine Regressionsgleichung als ein Prädiktionsmodell eingestellt, zum Beispiel wie durch die folgende Gleichung (2) gezeigt, und das Lernen wird durch Anpassen der Werte der Koeffizienten a0, a1, a2, a3, ... durchgeführt, derart, dass der Wert der abhängigen Variable γ erhalten werden kann, wenn die Werte, die die entsprechenden Zustandsvariablen x1, x2, x3, ... in dem Lernprozess annehmen, auf die Regressionsgleichung angewandt werden. Das Lernverfahren ist nicht auf dieses eine bestimmte beschränkt, sondern unterscheidet sich für jeden Algorithmus zum überwachten Lernen. y = a₀ + a₁x₁ + a₂x₂ + a₃x₃ + ... + a_nx_n (2)
Verschiedene Algorithmen zum überwachten Lernen, wie beispielsweise ein neuronales Netz, eine Methode der kleinsten Quadrate usw. sind bekannt und ein beliebiger dieser Algorithmen zum überwachten Lernen kann als das auf die vorliegende Erfindung anzuwendende Verfahren eingesetzt werden.
10 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel des Betriebs der Maschinenlernvorrichtung 8 veranschaulicht, die in 9 gezeigt ist. Wie in 10 veranschaulicht, startet der Zeitgeber, wenn die Lernaktion (der Lernprozess) in der Maschinenlernvorrichtung 8 gestartet wird, die in 9 gezeigt ist, mit dem Zählen (Schritt S201). Als Nächstes wird bestimmt, ob die Zeit, die ab dem Start des Zählens verstrichen ist, den vordefinierten Zeitraum (Schritt S202) überschritten hat; wenn der vordefinierte Zeitraum nicht überschritten wird, werden Daten, die die Zustände der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts, des optischen Lasersystems usw. darstellen, an die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 geliefert (Schritt S203) und die Lichtabgabe-Befehlsdaten werden basierend auf den bislang erhaltenen Lernergebnissen, den Ausgabedaten der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 usw. bestimmt und die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit 4 umfassen, werden an die Steuerungsvorrichtung 13 geliefert (Schritt S204). Als Nächstes gibt die Steuerungseinheit 13 basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten Abgabebefehle an die Laserstromversorgungseinheit und andere Einheiten aus, um den Laserstrahl-Abgabearbeitsvorgang auszuführen (Schritt S205). Während die Laserstrahlabgabe basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgeführt wird, wird die reflektierte Lichtmenge konstant detektiert (Schritt S206) und beim Detektieren, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, wird die Laserabgabe zeitweilig abgeschaltet oder vermindert (Schritt S212); wenn hingegen die reflektierte Lichtmenge niedriger ist als der erste vorbestimmte Pegel, wird die Laserabgabe, die basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgeführt wird, durchweg bis zum Ende abgeschlossen und das Ergebnis für die Lichtabgabe-Befehlsdaten wird erfasst (Schritt S207). Die Rate der Abnahme oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge (∝ Reflexionsgrad) kann zum Beispiel als das Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten erfasst werden. In diesem Fall ist der Kehrwert der Rate der Abnahme oder der Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge als der Fehler definiert und überwachtes Lernen kann durchgeführt werden, um den Fehler näher an Null zu bringen. In diesem Fall ist es zu bevorzugen, dass, wenn die Rate der Abnahme oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge kleiner ist als ein vorbestimmter Wert (einschließlich des Falls, in dem der Wert der Rate der Abnahme oder der Geschwindigkeit der Abnahme negativ ist, das heißt, das Verhältnis der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge zunimmt, obgleich dies für gewöhnlich nicht häufig der Fall sein kann) bestimmt wird, dass ein endlicher Fehler mit einer gewissen Größe aufgetreten ist.
Dann wird das Ergebnis für die Lichtabgabe-Befehlsdaten bewertet (Schritt S208) und wenn die Lichtabgabe-Befehlsdaten den Pegel nicht erreichen, der im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmt, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig sind, das heißt, wenn das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit, die durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten erreicht wird, nicht das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit erreicht, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, kehrt das Verfahren zu Schritt S201 zurück, um den Ablauf ab dem Schritt S201 zu wiederholen. Wenn hingegen die Lichtabgabe-Befehlsdaten den Pegel erreichen, der im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmt, die für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, das heißt, wenn das Niveau der durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten erreichten Bearbeitungsfähigkeit das Niveau der Bearbeitungsfähigkeit erreicht, der für die beabsichtigte Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, kann die Bearbeitung gestartet werden; deshalb wird wird die Bearbeitung gestartet, der Zeitgeber wird zurückgesetzt (Schritt S209), das Lernmodell wird aktualisiert (Schritt S210), die Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten werden gegebenenfalls zusätzlich in der Einheit 18 zur Aufzeichnung der Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten aufgezeichnet (Schritt S211) und das Verfahren wartet, bis die nächste Bearbeitung gestartet wird.
Wenn in Schritt S202 bestimmt wird, dass die Zeit, die seit dem Start des Zählens verstrichen ist, den vordefinierten Zeitraum überschritten hat, wird der Zeitgeber zurückgesetzt (Schritt S209) und das Aktualisieren des Lernmodells (Schritt S210) und das zusätzliche Aufzeichnen der Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten in der Einheit 18 (Schritt S11) zur Aufzeichnung der Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten werden durchgeführt, wie erforderlich; dann wartet das Verfahren auf den nächsten Befehl. Alternativ kann bewirkt werden, dass das Verfahren zu Schritt S201 zurückkehrt, um den Ablauf ab dem Schritt S201 zu wiederholen.
Wenn im Schritt S206 bestimmt wird, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, und daraufhin die Laserabgabe zeitweilig abgeschaltet oder verringert wird (Schritt S212), wird bestimmt, dass ein endlicher Fehler mit einer gewissen Größe als ein Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten aufgetreten ist; dann wird das Lernmodell aktualisiert (Schritt 210), und das Verfahren kehrt zu Schritt S201 zurück, um den Ablauf ab dem Schritt S201 zu wiederholen. Falls erforderlich, können die Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten gegebenenfalls zusätzlich in der Einheit 18 zur Aufzeichnung von Ergebnis-verknüpften (mit Label versehenen) Daten aufgezeichnet werden.
Durch Wiederholen der vorhergehenden Schritte S201 bis S212 führt die Lerneinheit 11 das Lernen durch wiederholtes Aktualisieren des Lernmodells durch.
Wie vorhergehend erwähnt, ist das Verfahren des neuronalen Netzes nicht nur beim Lernen durch Verstärkung sondern auch beim überwachten Lernen ein wirksames Lernverfahren und es ist wünschenswert, dass die Maschinenlernvorrichtung 8 ein neuronales Netz umfasst.
Die vorhergehende Beschreibung wurde unter Verwendung der Daten (abgegebene Lichtmenge und reflektierte Lichtmenge), die von der Einheit 6 zur Detektion des abgegebenen Lichts und durch die Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts ausgegeben werden, als ein typisches Beispiel der Daten (Zustandsdaten), die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 einzugeben sind und des Lichtabgabebefehls (Laserstrahlabgabe, Spitzenabgabe, Impulsbreite, Impulsabstand, Impulswiederholungsfrequenz usw.), der an die Laserstromversorgungseinheit 4 auszugeben ist, als ein typisches Beispiel des Lichtabgabebefehls gegeben, der in den Lichtabgabe-Befehlsdaten enthalten ist, die von der Entscheidungsfindungseinheit 12 an die Steuerungsvorrichtung 13 abgegeben werden. Die Zustandsdaten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 einzugeben sind, und die Befehlsdaten, die in den Lichtabgabe-Befehlsdaten enthalten sind, die von der Entscheidungsfindungseinheit 12 an die Steuerungsvorrichtung 13 abgegeben werden, sind nicht spezifisch auf die hier vorhergehend beschriebenen Daten beschränkt; zum Beispiel können Daten, wie beispielsweise die Art des Gases, die Reinheit des Gases, die Zusammensetzung des Gases, der Gasauslassdruck und die Gasströmungsgeschwindigkeit, als Prozessgasbedingungen erfasst oder gesteuert werden. Ferner können für das optische Lasersystem 5 Daten, wie beispielsweise der Transmissionsgrad, die Brennweite, der F-Wert, die Lichtpunktgröße des Laserstrahls 14, der auf die Oberfläche des Werkstücks fokussiert wird, die relative Positionsbeziehung zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem fokussierten Punkt des Laserstrahls, das heißt der Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem fokussierten Punkt des Laserstrahls, einschließlich Informationen, die angeben, ob der fokussierte Punkt des Laserstrahls sich in einer Richtung weg von der Oberfläche des Werkstücks befindet, und der Abstand des fokussierten Punkts des Laserstrahls von einem Bezugspunkt in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Werkstücks und der Einfallswinkel des Laserstrahls 14 zur Oberfläche des Werkstücks erfasst oder gesteuert werden. Diese Datenelemente sind nicht auf feste Werte beschränkt, sondern können variable Werte sein. Zum Beispiel ist es in dem Fall, in dem der Laserstrahl 14 von dem Bearbeitungskopf angewandt wird, möglich, die Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Anwenden des Laserstrahls 14, der die abgegebene Lichtmenge erreichen kann, derart auszugeben, wie in 2 bis 7 gezeigt, während der Abstand zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem fokussierten Punkt des Laserstrahls mit der Zeit variiert wird, zum Beispiel durch Bewegen des Bearbeitungskopfs oder durch Ändern der Krümmung von AO (adaptiver Optik) oder der Brennweite des Zoomlinsensystems, das in dem Bearbeitungskopf enthalten ist. Selbstverständlich sollte, wenn gewünscht wird, die gewünschte abgegebenen Lichtmenge am Abgabeende des optischen Lasersystems 5 zu erhalten, der Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit 4 unter Berücksichtigung ebenfalls des Transmissionsgrads des optischen Lasersystems 5 oder der Dämpfung der abgegebenen Lichtmenge durch das optische Lasersystem 5 ausgegeben werden.
Es ist ebenfalls wünschenswert, als Teil der Zustandsdaten irgendwelche Daten, wie beispielsweise die Temperatur des Werkstücks 2, die Umgebungstemperatur oder die Umgebungsfeuchtigkeit, zu erfassen, die das Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten beeinflussen können.
Ferner kann ein Strichcode, der Informationen, wie beispielsweise das Material und die Dicke des Werkstücks 2, enthält, an einer bezeichneten Position auf dem Werkstück 2 angebracht werden und die Informationen des Werkstücks 2 können automatisch durch einen Strichcodeleser oder dergleichen gelesen oder als eines der Zustandsdatenelemente der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 gelesen werden. Es ist selbstverständlich möglich, die Informationen des Werkstücks 2 manuell einzugeben, aber es ist wünschenswert, dass die Informationen des Werkstücks 2 automatisch lesbar gemacht werden, derart, dass das Lesen ohne menschlichen Eingriff durchgeführt werden kann.
Durch umfassendes Sammeln der Daten, die das Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten beeinträchtigen können und die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 eingegeben werden, und dadurch Erweitern des Umfangs und der Auswahlmöglichkeiten von Daten, die durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten befohlen werden, wird es möglich, die Zustände der Laservorrichtung 1, des Werkstücks 2 und der sie umgebenden Umgebung genau festzustellen und es wird folglich möglich, die Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben, die besser zu den Zuständen passen, wodurch es ermöglicht wird, beim Start der Bearbeitung sogar unter Bedingungen erfolgreich zu sein, unter denen der Start der Bearbeitung schwierig ist.
Zur Erhöhung der Anzahl der wirksamen Daten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 eingegeben werden, können zwei oder mehr Einheiten 7 zur Detektion des reflektierten Lichts bereitgestellt werden. Wenn zum Beispiel das optische Lasersystem 5 aus einer Lichtleitfaser gestaltet ist, ist das Verhältnis zwischen dem reflektierten Licht 15, das sich durch den Kern ausbreitet, und dem reflektierten Licht 15, das sich durch den Mantel ausbreitet, nicht immer konstant; in diesem Fall kann, wenn zwei Einheiten 7 zum Detektieren des reflektierten Lichts, eine zum Messen der Menge des reflektierten Lichts 15, das sich durch den Kern ausbreitet, und die andere zum Messen der Menge des reflektierten Lichts 15, das sich durch den Mantel ausbreitet, bereitgestellt werden, der Zustand der Reflexion genauer identifiziert werden, wodurch es möglich wird, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
Ferner kann zur Erhöhung der Anzahl der wirksamen Daten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 einzugeben sind, die Laservorrichtung 1 ferner eine Lichtquelle, die von dem Laseroszillator 3 verschieden ist, einen Lichtdetektor zum Detektieren von Licht von der Lichtquelle und ein optisches System umfassen, durch das das Licht von der Lichtquelle auf das Werkstück 2 angewandt wird und durch das das von der Oberfläche des Werkstücks 2 reflektierte Licht auf den Lichtdetektor einfällt, derart, dass ein Zustand des von dem Werkstück 2 reflektierten Lichts sogar dann beobachtet werden kann, wenn der Laserstrahl 14 von dem Laseroszillator 3 nicht abgegeben wird, und das Ergebnis der Beobachtung als eines von den Zustandsdatenelementen in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 eingegeben werden kann. Auf diese Weise können Informationen, die den Flächenzustand des Werkstücks 2 betreffen, wie beispielsweise der Reflexionsgrad der Werkstückfläche, sogar erhalten werden, wenn der Laserstrahl 14 zum Bearbeiten nicht abgegeben wird, und die Wahrscheinlichkeit, in der Lage zu sein, den Laserabgabebefehl auszugeben, und die Wahrscheinlichkeit, beim Start der Bearbeitung beim ersten Versuch erfolgreich zu sein, können erhöht werden. Separat kann ein dediziertes optisches System bereitgestellt werden, aber es ist auch möglich, das optische Laserstrahlsystem 5, wie das Führungslicht des Laserstrahls 14, gemeinsam zu verwenden. Wenn ein dediziertes optisches System separat bereitgestellt wird, ist es auch möglich, Informationen zu erhalten, die den Abstand zur Oberfläche des Werkstücks 2 betreffen, indem dafür gesorgt wird, dass das Licht von der Lichtquelle schräg auf der Oberfläche des Werkstücks 2 einfällt. Wenn dafür gesorgt wird, dass das Licht von der Lichtquelle senkrecht auf die Oberfläche des Werkstücks 2 einfällt, indem zum Beispiel das gemeinsam verwendete optische Lasersystem 5 verwendet wird, kann die Lichtquelle von einer Laserdiode gestaltet sein, und der Abstand zur Oberfläche des Werkstücks 2 kann automatisch gemessen werden, zum Beispiel unter Verwendung des Prinzips der Laserentfernungsmessung, und als eines von den Zustandsdatenelementen in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 eingegeben werden.
Ferner kann zum Erhöhen der Anzahl der wirksamen Daten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 einzugeben sind, die Laservorrichtung 1 ferner eine Infrarotdetektionseinheit 31 und/oder eine Plasmalicht-Detektionseinheit 32 zur Detektion von Infrarot- und/oder Plasmalicht, das von der Nähe einer bezeichneten Position auf dem Werkstück 2 ausgestrahlt wird, wo der Laserstrahl angewandt wird oder dessen Anwendung beabsichtigt ist, und Daten, die durch die Infrarotdetektionseinheit 31 und/oder Plasmalicht-Detektionseinheit 32 detektiert werden, können als eines von den Zustandsdatenelementen in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit 9 eingegeben werden. Da die Flächentemperatur des Werkstücks 3 durch die Infrarotdetektionseinheit 31 gemessen werden kann, werden Informationen, wie beispielsweise die Wärmekapazität, die durch die spezifische Wärme, Wärmeleitfähigkeit, Dicke usw. des Werkstücks 3 beeinflusst wird, durch Beobachten der Temperaturverteilung und der Rate der Temperaturänderung vor und nach der Anwendung des Laserstrahls erhalten, und so wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben. Ferner können, da das Plasmalicht, das von dem bearbeiteten Teil des Werkstücks 3 aufgrund der Anwendung des Laserstrahls 14 erzeugt wird, durch die Plasmalicht-Detektionseinheit 32 gemessen werden kann, Informationen, die die Wirkung der Anwendung des Laserstrahls 14 und das Material usw. des Werkstücks 3 betreffen, erhalten und folglich zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben werden.
Es können mehrere Laservorrichtungen 1 bereitgestellt werden, und mehrere Maschinenlernvorrichtungen 8, eine für jede Laservorrichtung 1, können ausgestaltet sein, um Daten gemeinsam zu verwenden oder miteinander über Kommunikationsmedien auszutauschen. Durch die gemeinsame Verwendung der Lernergebnisse können Lernergebnisse mit höherer Genauigkeit in kürzerer Zeit erhalten werden und so wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
Die Maschinenlernvorrichtung 8 kann sich in einem Cloud-Server befinden. In diesem Fall können nicht nur die Lernergebnisse gemeinsam verwendet werden, sondern es wird auch möglich, eine GPGPU, einen PC-Cluster im Großformat usw. anzuwenden, die aufgrund der Kosten und der Größe im Fall einer einzelnen Laservorrichtung 1 nicht ohne Weiteres zur Verwendung zur Verfügung stehen und es kann eine höhere Verarbeitung erreicht werden, die zum Verbessern der Lerngeschwindigkeit und der Lerngenauigkeit dient. Folglich wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
In der ersten Erfindung nimmt, wenn zunächst kleine Vertiefungen oder Löcher durch Anwenden eines kurzen Lichtimpulses auf das Werkstück 3 gebildet werden, die Menge des von dem Werkstück 3 reflektierten Lichts 15 ab und die Bearbeitung kann ohne Probleme bewerkstelligt werden, aber in Abhängigkeit von dem Material, der Dicke, dem Flächenzustand usw. des Werkstücks entsteht das Problem, dass die Bearbeitung aufgrund einer Unfähigkeit zum schnellen Bestimmen, welche Art von Impulslicht angewandt werden sollte, oder aufgrund von schlechter Reproduzierbarkeit, die zur Erzeugung eines Alarms führt, der eine übermäßige Menge an reflektiertem Licht angibt, nicht gestartet werden kann. Ferner ist es, wenn die Bearbeitung nicht mit der ersten Laseranwendung gestartet werden kann, häufig wünschenswert, den nächsten Laserstrahl 14, von dem durch Beobachtung des Zustands des reflektierten Lichts 15 ausgegangen wird, dass er optimal ist, ohne Verzögerung anzuwenden, aber es bestand bislang das Problem, dass dies nicht bewerkstelligt werden kann, wenn ein menschlicher Eingriff erforderlich ist. Gemäß der ersten Erfindung können, da die Art des Impulslichts, das angewandt werden sollte, um den Start der Bearbeitung bei gleichzeitiger Verringerung der reflektierten Lichtmenge zu ermöglichen, die wiederholt vom Zustand des reflektierten Lichts 15 usw. erlernt wird, ohne dass ein menschlicher Eingriff erforderlich ist, die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die für den vorhergehenden Zustand verantwortlich sind und zum Starten der Bearbeitung zweckmäßig sind, abgegeben werden, und somit kann die Bearbeitung zuverlässig innerhalb des vordefinierten Zeitraums gestartet werden.
In der zweiten Erfindung kann, da der Befehl zum zeitweiligen Abschalten oder Verringern des abgegebenen Laserstrahls ausgegeben wird, wenn detektiert wird, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, der niedriger ist als der zweite vorbestimmte Pegel, die Bedingung, dass die reflektierte Lichtmenge den zweiten vordefinierten Pegel nicht überschreitet, erfüllt werden, und da die nächsten Lichtabgabe-Befehlsdaten unmittelbar danach abgegeben werden, wird verhindert, dass die Laseroszillation unterbrochen wird, und der abgegebene Laserstrahl wird aufrecht erhalten, dass die Bearbeitung gestartet werden kann.
In der dritten Erfindung kann, da der zweite vorbestimmte Pegel für die reflektierte Lichtmenge auf einen niedrigeren Wert festgelegt wird als der Alarmpegel, bei dem sehr wahrscheinlich ist, dass der Laseroszillator 3, der das optische System umfasst, beschädigt wird, und da Vorkehrungen getroffen werden, um die Bedingung zu erfüllen, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, zuverlässig verhindert werden, dass der Laseroszillator 3 und das optische Lasersystem 5 durch das reflektierte Licht 15 beschädigt werden.
In der vierten Erfindung steigt, da die Lichtabgabe-Befehlsdaten sogar in Folge ausgegeben werden, nachdem der Start der Bearbeitung mit Einzellichtabgabe-Befehlsdaten, die einem Versuch entsprechen, fehlgeschlagen ist, nicht nur die Wahrscheinlichkeit des erfolgreichen Starts der Bearbeitung, sondern kann auch der Zeitverlust verringert werden.
In der fünften Erfindung werden, wenn das Starten der Bearbeitung durch die vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten fehlgeschlagen ist, die Ausgabedaten der Einheit 7 zur Detektion des reflektierten Lichts, die für die vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten erhalten werden, derart verwendet, dass mehr zweckmäßige Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben werden können. Wenn die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel überschritten hat und einen Pegel in der Nähe des zweiten vorbestimmten Pegels mit den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten erreicht hat, kann das Ergebnis auch zurückgeführt werden, um die nächsten Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
In der sechsten Erfindung können die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die das Starten der Bearbeitung unter der Bedingung ermöglichen, dass die reflektierte Lichtmenge den vorbestimmten Pegel nicht erreicht, erlernt werden, worin der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht.
In der siebten Erfindung kann, da das Ergebnis, das angibt, ob die Laserabgabe innerhalb des vordefinierten Zeitraums erfolgreich auf den durch die Lichtabgabe-Befehlsdaten befohlenen Pegel erhöht wurde, der zur Bearbeitung erforderlich oder zweckmäßig ist, als das Ergebnis der Arbeitsvorgangs erfasst wird, das Lernen durchgeführt werden, das mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung übereinstimmt.
In der achten Erfindung wird es möglich, dass die Lerneinheit 11 die zweckmäßigen Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgibt, die zum Erreichen des Ziels zweckmäßig sind, was einen wichtigen Faktor beim Durchführen des Lernens darstellt, um in der Lage zu sein, Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Starten der Bearbeitung in der kürzestmöglichen Zeit auszugeben, während verhindert wird, dass die reflektierte Lichtmenge den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet.
In der neunten Erfindung ist es häufig nicht möglich, die Bearbeitung mit einem Einzellicht-Abgabebefehl zu starten und es ist nicht einfach, das Lernen durch einfaches Verknüpfen der Eingabe mit dem Ergebnis durchzuführen, aber durch Durchführen von Lernen durch Verstärkung, das ein empirisches Annäherungsverfahren wiederholt, um die Summe der Belohnungen zu maximieren und dadurch ein optimales Aktionsmuster zu lernen, wird es möglich, eine Reihe von optimalen Lichtabgabebefehlen als Reaktion auf Eingaben auszugeben.
In der zehnten Erfindung, wird, wenn das Ergebnis, das die reflektierte Lichtmenge für die Lichtabgabe-Befehlsdaten umfasst, zum Beispiel den Kehrwert der Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge oder der Kehrwert der Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge als ein Fehler definiert ist und wenn die Rate der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge kleiner als ein vorbestimmter Wert ist (einschließlich des Falls, in dem der Wert der Rate der Abnahme oder der Geschwindigkeit der Abnahme negativ ist, das heißt das Verhältnis zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge zunimmt, obgleich dies nicht oft der Fall sein kann) oder wenn die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat, bestimmt, dass ein endlicher Fehler mit einer gewissen Größe aufgetreten ist; dann wird es durch Durchführen von überwachtem Lernen, um den Fehler näher an Null zu bringen, möglich, das Lernen derart durchzuführen, dass die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die zum Erhöhen der Lichtabgabe bis zu dem Pegel zweckmäßig sind, der die Bearbeitung in kurzer Zeit starten kann, ausgegeben werden können, während die Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, was das Endziel ist.
In der 11. Erfindung kann ein neuronales Netz nicht nur als ein Annäherungsalgorithmus einer Wertfunktion beim Lernen durch Verstärkung sondern auch als ein Annäherungsalgorithmus beim überwachten Lernen verwendet werden.
In der 12. Erfindung wird es durch Eingeben einer großen Anzahl von Zustandsdaten und durch Einschließen vieler Parameter, die das optische Lasersystem 5 betreffen, in die Lichtabgabe-Befehlsdaten möglich, die Bearbeitung sogar unter Bedingungen erfolgreich zu starten, in denen es schwierig ist, die Bearbeitung zu starten.
In der 13. Erfindung wird es unter Verwendung der Laservorrichtung 1, die mit der Maschinenlernvorrichtung 8 ausgestattet ist, möglich, die Bearbeitung in einer kurzen Zeit unter der Bedingung zu starten, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet.
In der 14. Erfindung wird es, da Strahlen des reflektierten Lichts 15, das sich durch verschiedene Lichtwege ausbreitet, verschiedene Arten von Informationen enthalten, und durch die Verwendung so vieler Elemente von diesen Informationen möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
In der 15. Erfindung können Informationen, die den Flächenzustand des Werkstücks 2 betreffen, wie beispielsweise der Reflexionsgrad der Werkstückfläche, sogar erhalten werden, wenn der Laserstrahl 14 zum Bearbeiten nicht abgegeben wird, und die Wahrscheinlichkeit, in der Lage zu sein, den Laserabgabebefehl auszugeben, und die Wahrscheinlichkeit eines erfolgreichen Starts der Bearbeitung beim ersten Versuch erhöht sich. Wenn das Führungslicht verwendet wird, besteht kein Bedarf an einer Bereitstellung eines separaten optischen Systems.
In der 16. Erfindung werden, da die Flächentemperatur des Werkstücks 2 durch die Infrarotdetektionseinheit 31 gemessen werden kann, Informationen, wie beispielsweise die Wärmekapazität, die durch die spezifische Wärme, Wärmeleitfähigkeit, Dicke usw. des Werkstücks 2 beeinflusst wird, durch Beobachten der Temperaturverteilung und der Rate der Temperaturänderung vor und nach der Anwendung des Laserstrahls erhalten. Ferner können, da das Plasmalicht, das von dem bearbeiteten Teil des Werkstücks 2 aufgrund der Anwendung des Laserstrahls 14 erzeugt wird, durch die Plasmalicht-Detektionseinheit 32 gemessen werden kann, Informationen, die die Wirkung der Anwendung des Laserstrahls 14 und das Material usw. des Werkstücks 2 betreffen, erhalten. Folglich können zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten ausgegeben werden.
In der 17. Erfindung können durch die gemeinsame Verwendung der Lernergebnisse Lernergebnisse mit höherer Genauigkeit in kürzerer Zeit erhalten werden und so wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
In der 18. Erfindung können nicht nur die Lernergebnisse gemeinsam verwendet werden, sondern es wird auch möglich, das Lernen unter Verwendung eines teuren Hochleistungsprozessors durchzuführen, was der Verbesserung der Lerngeschwindigkeit und der Lerngenauigkeit dient. Folglich wird es möglich, zweckmäßigere Lichtabgabe-Befehlsdaten auszugeben.
In der 19. Erfindung ist es häufig nicht möglich, die Bearbeitung mit Einzellichtabgabe-Befehlsdaten zu starten und es ist nicht einfach, das Lernen durch einfaches Verknüpfen der Eingabe mit dem Ergebnis durchzufühqren, aber durch Durchführen von Lernen durch Verstärkung, das ein empirisches Annäherungsverfahren wiederholt, um die Summe der Belohnungen zu maximieren und dadurch ein optimales Aktionsmuster zu lernen, wird es möglich, eine Reihe von optimalen Lichtabgabebefehlen als Reaktion auf Eingaben auszugeben.
In der 20. Erfindung wird es, da das Ergebnis, das die reflektierte Lichtmenge für die Lichtabgabe-Befehlsdaten, zum Beispiel den Kehrwert der Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge und/oder den Kehrwert der Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge, als der Fehler definiert ist, und durch Durchführen von überwachtem Lernen, um den Fehler näher an Null zu bringen, möglich, die Lichtabgabe-Befehlsdaten zu erlernen, die die Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge und/oder die Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge maximiert, was grundlegend, aber von höchster Bedeutung ist. Wenn die Rate der Abnahme des Verhältnisses zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge oder der Geschwindigkeit der Abnahme des Verhältnisses der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge kleiner ist als ein vorbestimmter Wert (einschließlich des Falls, in dem der Wert der Rate der Abnahme oder der Geschwindigkeit der Abnahme negativ ist, das heißt, das Verhältnis der reflektierten Lichtmenge zur abgegebenen Lichtmenge zunimmt, obgleich dies für gewöhnlich nicht häufig der Fall sein kann) oder wenn die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat, ist es zu bevorzugen, zu bestimmen, dass ein endlicher Fehler mit einer gewissen Größe aufgetreten ist. Indem so der Fehler in dem überwachten Lernen definiert wird, können die Lichtabgabe-Befehlsdaten erlernt werden, die den Reflexionsgrad (∝ das Verhältnis zwischen der reflektierten Lichtmenge und der abgegebenen Lichtmenge) schnell reduzieren, während die Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Lichtpegel nicht überschreitet. Dann wird es unter Verwendung des Ergebnisses des Lernens möglich, weiteres fortgeschrittenes Lernen durchzuführen, derart, dass die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die zum Erhöhen der Lichtabgabe bis zu dem Pegel zweckmäßig sind, der die Bearbeitung in kurzer Zeit starten kann, ausgegeben werden können, während die Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, was das Endziel ist.
Obgleich die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf typische Ausführungsformen davon beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass die vorhergehenden und verschiedene andere Änderungen, Weglassungen und Ergänzungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-30032 [0003, 0007]
JP 2007-42981 [0003, 0007, 0007]
JP 11-170074 [0004, 0008]
JP 2000-126880 [0004, 0008]

Claims

Maschinenlernvorrichtung (8) zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen an die Laserstromversorgungseinheit zum Start der Bearbeitung auszugebenden Lichtabgabebefehl enthalten, zur Verwendung in einer Laservorrichtung (1), die mindestens einen Laseroszillator (3) zum Durchführen einer Bearbeitung, wie beispielsweise Schneiden oder Schweißen, durch Anwenden eines Laserstrahls auf ein Werkstück, und mindestens eine oder mehrere Laserstromversorgungseinheiten (4) zum Versorgen des Laseroszillators mit Strom umfasst, wobei die Maschinenlernvorrichtung Folgendes umfasst: eine Zustandsdaten-Beobachtungseinheit (9), die Zustandsdaten der Laservorrichtung beobachtet, die Daten, die von einer Einheit (6) zur Detektion des abgegebenen Lichts zum Messen einer abgegebenen Lichtmenge ausgegeben werden, die die Menge des Laserstrahls ist, der von dem Laseroszillator durch Durchqueren eines optischen Lasersystems (5) abgegeben wird, und Daten umfasst, die von einer Einheit (7) zur Detektion von reflektiertem Licht zum Messen einer reflektierten Lichtmenge abgegeben werden, die die Menge des reflektierten Lichts ist, wobei das reflektierte Licht der Laserstrahl ist, der von einer Oberfläche des Werkstücks zurück in den Laseroszillator und/oder das optische Lasersystem reflektiert wird; eine Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit (10), die ein Erfolgs/Fehlschlagsergebnis erfasst, das angibt, ob die Bearbeitung erfolgreich durch den Laserstrahl gestartet wurde, den der Laseroszillator basierend auf den Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegeben hat; eine Lerneinheit (11), die eine Ausgabe von der Zustandsdaten-Beobachtungseinheit und eine Ausgabe von der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit empfängt und die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung lernt; und eine Entscheidungsfindungseinheit (12), die durch Bezugnahme auf die durch die Lerneinheit gelernten Lichtabgabe-Befehlsdaten die Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgung enthalten, und wobei die Maschinenlernvorrichtung die Lichtabgabe-Befehlsdaten zum Starten der Bearbeitung auf dem Werkstück innerhalb eines vordefinierten Zeitraums lernt, während die Bedingung erfüllt wird, dass die reflektierte Lichtmenge nicht einen zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, der auf einen höheren Wert festgelegt ist als ein erster vorbestimmter Pegel.
Maschinenlernvorrichtung nach Anspruch 1, wobei, wenn die reflektierte, aus den Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts gewonnene Lichtmenge, den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, unverzüglich ein Befehl zum vorübergehenden Abschalten oder Verringern der Laserstrahlabgabe an die Laserstromversorgungseinheit abgegeben wird, auch wenn die Laserstromversorgungseinheit sich im Prozess des Ausführens des Lichtabgabebefehls befindet, und die Entscheidungsfindungseinheit neue nächste Lichtabgabebefehlsdaten neu ausgibt.
Maschinenlernvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite vorbestimmte Pegel für die reflektierte Lichtmenge auf einen niedrigeren Wert festgelegt ist als ein Alarmpegel, der einer Lichtmenge entspricht, oberhalb derer eine hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die reflektierte Lichtmenge den Laseroszillator und/oder das optische Lasersystem beschädigt.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Entscheidungsfindungseinheit die Lichtabgabe-Befehlsdaten durch Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten im Wesentlichen sequentiell nach Art einer Zeitreihe zumindest während des vordefinierten Zeitraums ausgibt, bis der Start der Bearbeitung erfolgreich ist.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei wenn irgendeine vorhergehende Lichtabgabe-Befehlsdatenausgabe vor diesen Lichtabgabe-Befehlsdaten vorhanden ist, beim Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten die Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts, die für den basierend auf den vorhergehenden Lichtabgabe-Befehlsdaten abgegebenen Laserstrahl erhalten werden, beim Bestimmen der Lichtabgabe-Befehlsdaten verwendet werden.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit die Ausgabedaten der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts verwendet.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Erfolgs/Fehlschlagsergebnis für den Start der Bearbeitung, das durch die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit zu erfassen ist, in der Form eines Ergebnisses gegeben wird, das angibt, ob die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die im Wesentlichen mit den Lichtabgabe-Befehlsdaten übereinstimmen, die für die Bearbeitung des Werkstücks erforderlich oder zweckmäßig sind, innerhalb des vorbestimmten Zeitraums erfolgreich ausgegeben wurden oder nicht.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit mindestens ein Ergebnis aus den Ergebnissen erfasst, die den Erfolg oder das Fehlschlagen des Starts der Bearbeitung, die zum Start der Bearbeitung erforderliche Zeit, die Anzahl der Male oder die Frequenz, mit der die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Pegel erreicht hat, und einen Betrag umfassen, der einem zeitintegrierten Wert eines Betrags entspricht, um den die reflektierte Lichtmenge den ersten vorbestimmten Wert überschritten hat.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lerneinheit eine Belohnungsberechnungseinheit (16) zum Berechnen einer Belohnung basierend auf einer Ausgabe der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit, und einer Wertfunktion umfasst, die einen Wert der Lichtabgabe-Befehlsdaten bestimmt, und ferner eine Wertfunktionsaktualisierungseinheit (17) zum Aktualisieren der Wertfunktion basierend auf der Belohnung umfasst.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lerneinheit ein Lernmodell zum Lernen der Lichtabgabe-Befehlsdaten umfasst und ferner eine Fehlerberechnungseinheit (19) zum Berechnen eines Fehlers basierend auf einer Ausgabe der Arbeitsvorgangsergebnis-Erfassungseinheit und auf dem Lernmodell, und eine Lernmodell-Aktualisierungseinheit (20) zum Aktualisieren des Lernmodells basierend auf dem Fehler umfasst.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Maschinenlernvorrichtung ein neuronales Netz umfasst.
Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Zustandsdaten, die in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben werden, und/oder die Lichtabgabe-Befehlsdaten, die von der Entscheidungsfindungseinheit ausgegeben werden, mindestens eines aus Folgendem umfassen: Laserstrahlabgabe, Peak-Abgabe, Impulsbreite, Impulsabstand, Wiederholungsfrequenz, Anzahl der sich wiederholenden Impulse, Prozessgas-Sprühbedingungen, Transmissionsgrad, Brennweite und F-Wert des optischen Lasersystems, Lichtpunktgröße des auf der Oberfläche des Werkstücks fokussierten Laserstrahls, relative Lagebeziehung zwischen der Oberfläche des Werkstücks und dem fokussierten Punkt des Laserstrahls, Einfallswinkel des Laserstrahls zur Oberfläche des Werkstücks, Temperatur des Werkstücks, Umgebungstemperatur und Umgebungsfeuchtigkeit.
Laservorrichtung, die mit der Maschinenlernvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgestattet ist, die Folgendes umfasst: den Laseroszillator; die Laserstromversorgungseinheit; das optische Lasersystem; die Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts; die Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts; und eine Steuereinrichtung (13), die den Laseroszillator, die Laserstromversorgungseinheit, das optische Lasersystem, die Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts und die Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts unabhängig voneinander steuert.
Laservorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Laservorrichtung mindestens zwei oder mehr Einheiten zur Detektion des reflektierten Lichts und mindestens eine Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts zum Detektieren jedes von mehreren reflektierten Lichtanteilen umfasst, die sich über verschiedene Lichtwege ausbreiten.
Laservorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Laservorrichtung eine Lichtquelle, die von dem Laseroszillator verschieden ist, einen Lichtdetektor zum Detektieren von Licht von der Lichtquelle und ein optisches System umfasst, durch das das Licht von der Lichtquelle auf das Werkstück angewandt wird und über das das von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Licht auf den Lichtdetektor einfällt, so dass ein Zustand des von dem Werkstück reflektierten Lichts auch dann beobachtet werden kann, wenn der Laserstrahl von dem Laseroszillator nicht abgegeben wird, und ein Ergebnis der Beobachtung als ein Zustandsdatenelement der Zustandsdaten in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben wird.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Laservorrichtung eine Infrarotdetektionseinheit (31) und/oder eine Plasmalicht-Detektionseinheit (32) zur Detektion von Infrarot- und/oder Plasmalicht umfasst, das von der Nähe einer spezifizierten Position auf dem Werkstück ausgestrahlt wird, wo der Laserstrahl angewandt wird oder dessen Anwendung beabsichtigt ist, und Daten, die durch die Infrarotdetektionseinheit und/oder die Plasmalicht-Detektionseinheit erfasst werden, als ein Zustandsdatenelement der Zustandsdaten in die Zustandsdaten-Beobachtungseinheit eingegeben werden.
Laservorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei mehrere Laservorrichtungen vorhanden sind, und mehrere Maschinenlernvorrichtungen, bei denen jeweils eine für jede der Laservorrichtungen vorgesehen ist, dafür konfiguriert sind, über Kommunikationsmedien Daten gemeinsam zu verwenden oder miteinander auszutauschen.
Laservorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Maschinenlernvorrichtung sich in einem Cloud-Server befindet.
Maschinenlernverfahren zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit zum Starten der Bearbeitung des Werkstücks durch den Laserstrahl innerhalb des vordefinierten Zeitraums bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedingung umfasst, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, wobei das Maschinenlernverfahren Folgendes umfasst: Beobachten der Zustandsdaten der Laservorrichtung, die die von der Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts ausgegebenen Daten zum Messen der abgegebenen Lichtmenge und die von der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts ausgegebenen Daten zum Messen der reflektierten Lichtmenge umfassen; Erfassen eines Erfolgs/Fehlschlagsergebnisses, das angibt, ob die Bearbeitung erfolgreich durch den Laserstrahl gestartet wurde; Empfangen der beobachteten Zustandsdaten der Laservorrichtung und des erfassten Erfolgs/Fehlschlagsergebnisses des durch den Laserstrahl bewirkten Starts der Bearbeitung; und Lernen der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und des Erfolgs/Fehlschlagsergebnisses für den Start der Bearbeitung.
Maschinenlernverfahren zum Lernen von Lichtabgabe-Befehlsdaten, die einen Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit zum Starten der Bearbeitung des Werkstücks durch den Laserstrahl innerhalb des vordefinierten Zeitraums bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedingung umfasst, dass die reflektierte Lichtmenge nicht den zweiten vorbestimmten Pegel überschreitet, wobei das Maschinenlernverfahren Folgendes umfasst: Beobachten der Zustandsdaten der Laservorrichtung, die die von der Einheit zur Detektion des abgegebenen Lichts ausgegebenen Daten zum Messen der abgegebenen Lichtmenge und die von der Einheit zur Detektion des reflektierten Lichts ausgegebenen Daten zum Messen der reflektierten Lichtmenge umfassen; Erfassen eines Ergebnisses für die Lichtabgabe-Befehlsdaten, wobei das Ergebnis die detektierte von dem Werkstück reflektierte Lichtmenge umfasst; und Lernen der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die den Lichtabgabebefehl an die Laserstromversorgungseinheit enthalten, durch Verknüpfen der Lichtabgabe-Befehlsdaten mit den Zustandsdaten der Laservorrichtung und dem Ergebnis der Lichtabgabe-Befehlsdaten, die die reflektierte Lichtmenge umfassen.