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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Durchführen einer Vorbearbeitung, um übermäßiges Rücklauflicht zu einem Laseroszillator zu vermeiden, und ein Laserbearbeitungsverfahren.
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Beschreibung des verwandten Standes der Technik
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Bei der Laserbearbeitung bewirkt Rücklauflicht, das eine lange Zeit übermäßig von der Oberfläche eines Werkstücks zurückgeworfen wird, dass in manchen Fällen optische Systeme eines Laseroszillators und einer Laserbearbeitungsvorrichtung ausfallen. Wenn die Intensität von Rücklauflicht einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, wird ein Alarm ausgelöst, um den Laseroszillator zu stoppen, jedoch kommt es zu einem Ausfall der Bearbeitung, und die Betriebsrate sinkt. Beispiele für eine Technologie zum Vermeiden von derartigem Rücklauflicht sind öffentlich, beispielsweise aus den folgenden Patentdokumenten, bekannt.
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Die ungeprüfte
Japanische Patentschrift (Kokai) Nr. 2014-117730 offenbart, dass als vorausgehender Bearbeitungsvorgang vor der Laserbearbeitung ein Werkstück mit einem Laserstrahl unter Durchbohrbedingungen bestrahlt wird, während eine Fokuslage derart verändert wird, dass eine Position, an der die Intensität des Rücklauflichts niedrig ist, gespeichert wird und an dieser Position ein Durchbohrvorgang (Bohrvorgang) durchgeführt wird.
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Das
Japanische Patent Nr. 4174267 offenbart, dass ein Werkstück vor dem Durchbohren oder Schneiden mit einem Laserstrahl pulsbestrahlt wird und, wenn der Messwert für Rücklauflicht einen vorgegebenen Wert überschreitet, die Pulsbreite des Laserstrahls reduziert wird.
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WO 2013/014994 offenbart, dass ein Werkstück mit einem Laserstrahl bestrahlt wird und basierend auf Rücklauflicht von dem Werkstück bestimmt wird, ob die spezifizierten Bearbeitungsbedingungen dem Werkstück entsprechen.
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US 2015-0021303 AI beschreibt eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Laseroszillator, einer optischen Faser zum Leiten des Lichts des Lasers sowie einem Sensor zum Messen der Lichtstärke des aus der Ummantelung der Faser austretenden Lichts. Die gemessene Lichtstärke wird mit einem ersten und einem zweiten Schwellenwert verglichen. Bei einem Überschreiten des ersten Schwellenwertes für eine vorgegebene Zeitdauer wird eine Warnung auf einem Display ausgegeben, bei einem Überschreiten des zweiten Schwellenwertes für eine vorgegebene Zeitdauer wird der Laseroszillator abgestellt.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Allerdings kann übermäßiges Rücklauflicht immer noch lange Zeit erzeugt werden, wenn es beispielsweise aus irgendeinem Grund zu Beginn der Laserbearbeitung in der Oberfläche eines Werkstücks nicht rasch zu einem Schmelzen, einer Formveränderung oder einer Denaturierung kommt.
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Somit besteht ein Bedarf an einer Technologie, um zu bewirken, dass Schmelzen, eine Formveränderung oder eine Denaturierung zuverlässig zu Beginn der Laserbearbeitung in einem Werkstück stattfinden, und um das Auftreten von übermäßigem Rücklauflicht für eine lange Zeit während der Laserbearbeitung zu vermeiden.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, die einen Laseroszillator, eine Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Bearbeitungsprogramm und Bearbeitungsbedingungen zu speichern, und eine Steuerung aufweist, die dazu ausgebildet ist, einen Befehl auszugeben, um Laserbearbeitung gemäß dem Bearbeitungsprogramm durchzuführen, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, Laserbearbeitung durch Bestrahlen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl durchzuführen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Lichtmengenmesseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Lichtmenge von Licht, das von einem mit einem Laserstrahl bestrahlten Bearbeitungspunkt reflektiert oder abgegeben wird, zu messen, eine erste Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, Hochleistungsbedingungen zu speichern, die im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung gemäß mindestens einigen der Bearbeitungsbedingungen ermittelt wurden und die die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, bei denen ein Werkstück geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, umfassen, eine zweite Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, Niederleistungsbedingungen zu speichern, die im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung gemäß mindestens einigen der Bearbeitungsbedingungen ermittelt wurden und die die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, bei denen ein Werkstück nicht geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, umfassen, und eine Vorbearbeitungssteuerung, die einen Befehl, um Vorbearbeiten eines Werkstücks unter den Hochleistungsbedingungen durchzuführen, und einen Befehl, um das Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen zu bestrahlen, ausgibt und die basierend auf einer ersten Lichtmenge, die durch die Lichtmengenmesseinheit gemessen wird, nachdem das Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird, einen Befehl ausgibt, ob die Laserbearbeitung gestartet werden soll.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt ferner eine dritte Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, eine erste Lichtmenge zu speichern, die durch die Lichtmengenmesseinheit gemessen wird, nachdem ein Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird, eine vierte Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, eine zweite Lichtmenge zu speichern, die durch die Lichtmengenmesseinheit gemessen wird, nachdem ein Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird, ehe ein Befehl, um Vorbearbeiten des Werkstücks unter den Hochleistungsbedingungen durchzuführen, ausgegeben wird, und eine fünfte Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, einen Lichtmengenreferenzwert zu speichern, mittels welchem bestimmt wird, ob eine Laserbearbeitung gestartet werden soll. Die Vorbearbeitungssteuerung gibt einen Befehl aus, um ein Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen zu bestrahlen, ehe sie einen Befehl ausgibt, um Vorbearbeiten des Werkstücks unter den Hochleistungsbedingungen durchzuführen, und gibt basierend auf der ersten Lichtmenge, der zweiten Lichtmenge und dem Referenzwert einen Befehl aus, ob die Laserbearbeitung durchgeführt werden soll.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt die Lichtmengenmesseinheit in dem Laseroszillator bereitgestellt und misst die Lichtmenge von Rücklauflicht, das von dem Werkstück zu dem Laseroszillator zurückgeworfen wird. Die Lichtmenge an Rücklauflicht, die durch die Lichtmengenmesseinheit gemessen wird, nachdem das Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Hochleistungsbedingungen und den Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird, ist durch einen Grenzwert begrenzt, der spezifiziert wird, um (a) den Spitzenwert der Intensität des Rücklauflichts, (b) den Durchschnittswert der Intensität des Rücklauflichts pro vorgegebener Zeit, (c) die Anzahl, wie oft der Spitzenwert der Intensität des Rücklauflichts innerhalb einer vorgegebenen Zeit einen Grenzwert überschreitet, oder (d) die Wärmemenge von Rücklauflicht pro Pulsausgabe zu begrenzen.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst in der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt der Grenzwert von Rücklauflicht den Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht und den Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht. Der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht in den Hochleistungsbedingungen ist größer als der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht unter den Niederleistungsbedingungen, und der Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht unter den Hochleistungsbedingungen ist kleiner als der Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht in den Niederausgangsbedingungen.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserbearbeitungsverfahren bereitgestellt, das durch eine Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die aufweist: einen Laseroszillator, eine Speichereinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Bearbeitungsprogramm und Bearbeitungsbedingungen zu speichern, eine Steuerung, die dazu ausgebildet ist, einen Befehl auszugeben, um Laserbearbeiten gemäß dem Bearbeitungsprogramm durchzuführen, und eine Lichtmengenmesseinheit, die dazu ausgebildet ist, die Lichtmenge von Licht zu messen, das von einem Bearbeitungspunkt, der mit einem Laserstrahl bestrahlt wird, reflektiert oder abgegeben wird, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, Laserbearbeiten durch Bestrahlen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl durchzuführen. Das Laserbearbeitungsverfahren umfasst einen Schritt des Durchführens einer Vorbearbeitung eines Werkstücks unter Hochleistungsbedingungen, die im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung gemäß mindestens einigen der Bearbeitungsbedingungen ermittelt wurden und die die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, bei denen ein Werkstück geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, umfassen, einen Schritt des Bestrahlens eines Werkstücks mit einem Laserstrahl unter Niederleistungsbedingungen, die im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung gemäß mindestens einigen der Bearbeitungsbedingungen ermittelt wurden und die die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, bei denen das Werkstück nicht geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, umfassen, und einen Schritt des Ausgebens eines Befehls, ob die Laserbearbeitung gestartet werden soll, basierend auf einer ersten Lichtmenge, die durch die Lichtmengenmesseinheit gemessen wird, nachdem das Werkstück mit einem Laserstrahl unter den Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht der Ausgestaltung einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Blockdiagramm der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist ein Blockdiagramm einer Vorbearbeitungssteuerung gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und der Lichtmenge von Rücklauflicht bei der ersten Ausführungsform.
- 5 ist ein Flussdiagramm eines Laserbearbeitungsverfahrens gemäß der ersten Ausführungsform.
- 6 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und der Lichtmenge von Rücklauflicht oder emittiertem Licht von einem Bearbeitungspunkt bei der ersten Ausführungsform.
- 7 ist ein Flussdiagramm eines Laserbearbeitungsverfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 8 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und der Lichtmenge von Rücklauflicht oder emittiertem Licht von einem Bearbeitungspunkt bei der zweiten Ausführungsform.
- 9 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und dem Grenzwert von Rücklauflicht bei einer dritten Ausführungsform.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben. In den Figuren werden ähnliche Komponenten mit denselben Bezugszahlen bezeichnet. Festzuhalten ist, dass die nachstehend beschriebenen Inhalte den technischen Umfang der in Ansprüchen beschriebenen Erfindungen und die Bedeutung von Begriffen nicht einschränken.
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(Erste Ausführungsform)
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Mit Bezugnahme auf 1 und 2 wird die Ausgestaltung einer Laserbearbeitungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist eine schematische Ansicht der Laserbearbeitungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 führt eine Vorbearbeitung eines Werkstücks 2 aus Metall oder Nichtmetall durch, um Rücklauflicht, das zu einem Laseroszillator 3 zurückgeworfen wird, zu reduzieren, und gewährleistet, dass die Oberfläche des Werkstücks 2 in dem Ausmaß geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, dass das Rücklauflicht reduziert ist, ehe mit dem Laserbearbeiten, beispielsweise Durchbohren, Schneiden, Schweißen, Kennzeichnen usw., begonnen wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weist den Laseroszillator 3, eine optische Faser 4, einen Bearbeitungskopf 5, eine numerische Steuerungsvorrichtung 6, eine Mechanismussteuerung 7, eine Lichtmengenmesseinheit 8, die in dem Bearbeitungskopf 5 vorgesehen ist, und eine Lichtmengenmesseinheit 9, die in dem Laseroszillator 3 vorgesehen ist, auf.
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2 ist ein Blockdiagramm der Laserbearbeitungsvorrichtung in der ersten Ausführungsform. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weist eine Speichereinheit 12, die dazu ausgebildet ist, Bearbeitungsbedingungen 10 und ein Bearbeitungsprogramm 11 zu speichern, und eine Steuerung 13, die dazu ausgebildet ist, die Gesamtheit der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dem Bearbeitungsprogramm 11 zu steuern, auf. Die Speichereinheit 12 besteht aus einem Speicher, beispielsweise einem RAM, einem ROM usw., und die Steuerung 13 besteht aus einem Prozessor, beispielsweise einer CPU, einer MPU usw. Die Steuerung 13 gibt gemäß den Bearbeitungsbedingungen 10 einen Ausgabebefehl eines Laserstrahls an eine Ausgabesteuerung 14 aus, und die Ausgabesteuerung 14 gibt einen Pulsbefehl, der gemäß dem Ausgabebefehl erzeugt wird, an eine Laserenergiequelle 15 aus. Die Laserenergiequelle 15 liefert elektrische Energie, die gemäß dem Pulsbefehl erzeugt wird, an eine Anregungslaserenergiequelle, um einem Laserresonator 16 einen Anregungslaserstrahl zuzuführen. Der Laserresonator 16 wird durch den Anregungslaserstrahl in Schwingung versetzt, um einen Laserstrahl L abzugeben.
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Die Steuerung 13 gibt gemäß den Bearbeitungsbedingungen 10 einen Positionsbefehl betreffend die Position des Werkstücks 2 in Bezug auf den Bearbeitungskopf 5 an eine Positionssteuerung 20 aus. Die Positionssteuerung 20 gibt einen Pulsbefehl, der gemäß dem Positionsbefehl erzeugt wird, an einen Servoverstärker 21 aus. Der Servoverstärker 21 liefert ein Antriebssignal, das durch Multiplizieren des Pulsbefehls mit einem Rückkopplungspuls erzeugt wird, an einen Servomotor 22. Der Servomotor 22 dreht eine B-Achse 24, die dazu ausgebildet ist, die Position einer Sammellinse 23 des Bearbeitungskopfes 5 (d.h. die Position eines Lichtsammelpunkts C in 1) zu ändern. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist mit Positionssteuerungen für die X-, die Y- und die Z-Achse, mit Servoverstärkern für die X-, die Y- und die Z-Achse und mit Servomotoren für die X-, die Y- und die Z-Achse versehen, jedoch sind diese nicht dargestellt.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weist eine Vorbearbeitungssteuerung 30 auf, die dazu ausgebildet ist, Vorbearbeiten zu steuern, um Schmelzen, Formverändern oder Denaturieren eines Werkstücks zu bewirken, um Rücklauflicht R zu reduzieren, das während einer Laserbearbeitung zu dem Laseroszillator 3 zurückgeworfen wird. Die Vorbearbeitungssteuerung 30 besteht aus einer, ist jedoch nicht beschränkt auf eine, integrierte Schaltung, beispielsweise einem ASIC, einem FPGA usw., und ist bei einer anderen Ausführungsform als Vorbearbeitungsprogramm ausgebildet, das aus der Speichereinheit 12 ausgelesen und in der Steuerung 13 ausgeführt wird. 3 ist ein Blockdiagramm der Vorbearbeitungssteuerung in der ersten Ausführungsform. Die Vorbearbeitungssteuerung 30 gibt einen Ausgabebefehl zum Vorbearbeiten des Werkstücks 2 unter Hochleistungsbedingungen 31, unter denen ein Werkstück geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, aus, um die Lichtmenge des Rücklauflichts R während der Laserbearbeitung auf einen Wert zu reduzieren, der nicht größer als ein Grenzwert 35 ist, der für jeden Laseroszillator spezifiziert ist, und gibt auch einen Ausgabebefehl zum Bestrahlen des Werkstücks 2 mit einem Laserstrahl unter Niederleistungsbedingungen 33 aus, um zu bestätigen, dass die Vorbearbeitung in ausreichendem Maß Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren in der Oberfläche des Werkstücks 2 bewirkt. Diese Ausgabebefehle werden über eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 45 zu der Ausgabesteuerung 14, die in 2 dargestellt ist, ausgegeben.
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Wie in 2 dargestellt ist, werden die Lichtmengen der Lichtstrahlen E und R, die von einem Bearbeitungspunkt P reflektiert oder emittiert werden, nachdem das Werkstück 2 mit einem Laserstrahl unter Niederleistungsbedingungen bestrahlt wird, durch die Lichtmengenmesseinheit 8, die in dem Bearbeitungskopf 5 vorgesehen ist, bzw. die Lichtmengenmesseinheit 9, die in dem Laserresonator 16 vorgesehen ist, gemessen. Die durch die Lichtmengenmesseinheiten 8 und 9 gemessenen Lichtmengen werden durch Verstärker 25 bzw. 26 verstärkt und in die Vorbearbeitungssteuerung 30 eingegeben. Die Lichtmengen, die nach der Vorbearbeitung durch die Lichtmengenmesseinheiten 8 und 9 gemessen werden, werden als erste Lichtmenge 37 in der dritten Speichereinheit 38 über die Eingabe-Ausgabe-Einheit 45 gespeichert, wie in 3 dargestellt ist. Die Vorbearbeitungssteuerung 30 bestätigt, ob die Oberfläche des Werkstücks 2 ausreichend in dem Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert ist, dass das Rücklauflicht R während der Laserbearbeitung auf den Grenzwert 35 oder weniger basierend auf der ersten Lichtmenge 37 reduziert werden kann und gibt einen Befehl aus, ob die Laserbearbeitung gestartet werden soll.
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Wenn die Vorbearbeitung ausreichend in dem Maß Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren in der Oberfläche des Werkstücks 2 bewirkt, dass das Rücklauflicht während der Laserbearbeitung auf den Grenzwert 35 oder weniger reduziert werden kann, ist die erste Lichtmenge 37 kleiner gleich einem Referenzwert 39. Der Referenzwert 39 wird im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung ermittelt und in einer fünften Speichereinheit 40 gespeichert. Wenn die erste Lichtmenge 37 kleiner gleich dem Referenzwert 39 ist, gibt die Vorbearbeitungssteuerung 30 über die Eingabe-Ausgabe-Einheit 45 einen Befehl zum Starten der Laserbearbeitung an die Steuerung 13 aus, die in 2 dargestellt ist. Wenn die erste Lichtmenge 37 den Referenzwert 39 überschreitet, führt die Vorbearbeitungssteuerung 30 keine Laserbearbeitung durch und gibt einen Ausgabebefehl zum neuerlichen Durchführen der Vorbearbeitung unter den Hochleistungsbedingungen 31 aus. Die Vorbearbeitungssteuerung 30 gibt den Ausgabebefehl zum Durchführen der Vorbearbeitung wiederholt aus, bis die erste Lichtmenge 37 den Referenzwert 39 oder weniger erreicht.
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Die Hochleistungsbedingungen 31 und die Niederleistungsbedingungen 33 werden nun ausführlicher beschrieben. Die Hochleistungsbedingungen 31 sind Leistungsbedingungen zum Durchführen der Vorbearbeitung und umfassend dementsprechend die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, welche Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren des Werkstücks 2 bewirken, jedoch verhindern, dass das Rücklauflicht R, das zu dem Laseroszillator 3 zurückgeworfen wird, die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beschädigt. Mit anderen Worten sind die Hochleistungsbedingungen 31 Leistungsbedingungen, unter denen eine drastisch hohe Leistung verwendet wird, um das Werkstück 2 in einem Augenblick zu verändern. Im Gegensatz dazu sind die Niederleistungsbedingungen 33 Leistungsbedingungen zum Bestätigen, ob die Oberfläche des Werkstücks 2 in dem Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert ist, dass das Rücklauflicht R während der Laserbearbeitung auf den Grenzwert 35 oder weniger reduziert werden kann, und umfassen dementsprechend die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit, welche kein Schmelzen, keine Formveränderung oder keine Denaturierung des Werkstücks 2 bewirken und verhindern, dass das Rücklauflicht, das zu dem Laseroszillator 3 zurückgeworfen wird, die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beschädigt. Mit anderen Worten sind die Niederleistungsbedingungen 33 Leistungsbedingungen, unter denen eine äußerst geringe Leistung verwendet wird, um keine Wirkung auf das Werkstück 2 oder die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 auszuüben. Die Hochleistungsbedingungen 31 und die Niederleistungsbedingungen 33 werden im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung gemäß mindestens einigen der zur Laserbearbeitung verwendeten Bearbeitungsbedingungen 10 ermittelt und werden in einer ersten Speichereinheit 32 und einer zweiten Speichereinheit 34 gemäß den Bearbeitungsbedingungen gespeichert.
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Ein Beispiel für das Verfahren zum Ermitteln der Hochleistungsbedingungen 31 und der Niederleistungsbedingungen 33 wird beschrieben. Als erstes werden mindestens einige der Bearbeitungsbedingungen 10, d.h. das Material des Werkstücks 2, der Zustand der Oberfläche des Werkstücks 2, die Wellenlänge eines Laserstrahls, der Einfallswinkel eines Laserstrahls in Bezug auf das Werkstück 2, die Polarisierungseigenschaft eines Laserstrahls, der Strahldurchmesser eines Laserstrahls usw., bestimmt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 wird derart ausgestaltet, dass sie Eigenschaften, beispielsweise Edelstahl SUS304, Spiegelglanz, Rostschutz-Ölbeschichtung, einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 1,06 µm, senkrechten Einfall, Zufallspolarisierung und einen Strahldurchmesser von 1000 µm, aufweist.
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In weiterer Folge wird, um die Hochleistungseigenschaften 31 zu ermitteln, ein Versuch zum Bestrahlen des Werkstücks 2 mit einem Laserstrahl wiederholt durchgeführt, während die Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit verändert werden. Dann werden die Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit ermittelt, welche Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren des Werkstücks 2 bewirken, jedoch verhindern, dass das Rücklauflicht R die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beschädigt. Folglich umfassen die Hochleistungsbedingungen 31, die in diesem Beispiel ermittelt werden, Laserleistung: 3000 W, Frequenz: 1000 Hz, Tastgrad: 20% und Bestrahlungszeit: 2 ms. Ebenso wird, um die Niederleistungsbedingungen 33 zu ermitteln, ein Versuch zum Bestrahlen des Werkstücks 2 mit einem Laserstrahl wiederholt durchgeführt, während die Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit verändert werden. Dann werden die Bestrahlungsintensität und Bestrahlungszeit, die kein Schmelzen, keine Formveränderung oder kein Denaturieren des Werkstücks 2 bewirken und verhindern, dass das Rücklauflicht R den Laseroszillator 3 usw. beschädigt, ermittelt. Folglich umfassen die Niederleistungsbedingungen 33, die in diesem Beispiel ermittelt werden, Laserleistung: 1000 W, kontinuierliche Bestrahlung und Bestrahlungszeit: 8 ms.
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Festzuhalten ist, dass, um zu verhindern, dass das Rücklauflicht R die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beschädigt, die Lichtmenge des Rücklauflichts R unter den Hochleistungsbedingungen 31 und den Niederleistungsbedingungen 33 auf den für jeden Laseroszillator spezifizierten Grenzwert 35 oder weniger begrenzt ist. 4 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und der Lichtmenge von Rücklauflicht bei der ersten Ausführungsform. Der in 4 dargestellte Grenzwert ist eingestellt, um den Spitzenwert der Intensität von Rücklauflicht zu begrenzen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele für den Grenzwert umfassen einen Wert, der zum Begrenzen des Mittelswerts der Intensität von Rücklauflicht pro vorgegebener Zeit eingestellt ist, einen Wert, der zum Begrenzen der Anzahl von Malen eingestellt ist, die der Spitzenwert der Intensität von Rücklauflicht pro vorgegebener Zeit den Grenzwert überschreitet, oder einen Wert, der zum Begrenzen der Wärmemenge von Rücklauflicht pro Puls eingestellt ist.
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Mit Bezugnahme auf 5 und 6 wird nunmehr das Laserbearbeitungsverfahren in der ersten Ausführungsform beschrieben. 5 ist ein Flussdiagramm des Laserbearbeitungsverfahrens in der ersten Ausführungsform. 6 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität und der Lichtmenge von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht in der ersten Ausführungsform. Das in 5 dargestellte Laserbearbeitungsverfahren wird durch einen Befehl von der in 2 dargestellten Vorbearbeitungssteuerung 30 durchgeführt. Zunächst wird in Schritt S100, um das Rücklauflicht während der Laserbearbeitung zu reduzieren, ein Laserstrahl unter Hochleistungsbedingungen abgegeben, welche die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit umfassen, die Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren eines Werkstücks bewirken, jedoch verhindern, dass das Rücklauflicht, das zu dem Laseroszillator zurückgeworfen wird, die Laserbearbeitungsvorrichtung beschädigt. 5 zeigt die Bestrahlungsintensität, die verwendet wird, um Schmelzen, eine Formveränderung oder Denaturieren eines Werkstücks in Schritt S100 zu bewirken, und die Lichtmenge von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht.
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Als Nächstes wird in Schritt S101, um zu bestätigen, ob die Oberfläche des Werkstücks 2 ausreichend in dem Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert ist, dass das Rücklauflicht während der Laserbearbeitung reduziert werden kann, ein Laserstrahl unter Niederleistungsbedingungen abgegeben, welche die Bestrahlungsintensität und die Bestrahlungszeit umfassen, die kein Schmelzen, keine Formveränderung oder kein Denaturieren des Werkstücks bewirken, jedoch verhindern, dass das zu dem Laseroszillator zurückgeworfene Rücklauflicht die Laserbearbeitungsvorrichtung beschädigt. Nachfolgend wird in Schritt S102 die Lichtmenge (erste Lichtmenge) von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht gemessen. 5 zeigt die Bestrahlungsintensität, die verwendet wird, um die Oberfläche des Werkstücks in Schritt S101 zu bestätigen, und die erste Lichtmenge.
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Nachfolgend wird in Schritt S103 ermittelt, ob die erste Lichtmenge nicht größer als ein Referenzwert ist. Wie in 5 dargestellt ist, wird, wenn die erste Lichtmenge nicht größer als der Referenzwert (JA in Schritt S103) ist, das Werkstück ausreichend in dem Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert, dass das Rücklauflicht während der Laserbearbeitung auf den Grenzwert oder weniger reduziert werden kann, und dementsprechend wird in Schritt S104 die Laserbearbeitung unter den eingegebenen Bearbeitungsbedingungen 10 gestartet. Im Gegensatz dazu kehrt, wenn die erste Lichtmenge den Referenzwert überschreitet (NEIN in Schritt S103), der Prozess zu Schritt S100 zurück, und es wird neuerlich eine Vorbearbeitung durchgeführt. Die Vorbearbeitung wird wiederholt durchgeführt, bis die erste Lichtmenge den Referenzwert oder weniger erreicht.
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(Zweite Ausführungsform)
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Mit Bezugnahme auf 7 und 8 wird das Laserbearbeitungsverfahren in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 7 ist ein Flussdiagramm des Laserbearbeitungsverfahrens in der zweiten Ausführungsform. 8 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität in der zweiten Ausführungsform und der Lichtmenge von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht. Das in 7 dargestellte Laserbearbeitungsverfahren wird durch einen Befehl von der Vorbearbeitungssteuerung 30, die in 2 dargestellt ist, durchgeführt. Bei dem Laserbearbeitungsverfahren in der zweiten Ausführungsform wird die Lichtmenge (zweite Lichtmenge) von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht vor der Vorbearbeitung gemessen, um zu bestimmen, ob das Werkstück basierend auf der ersten Lichtmenge und der zweiten Lichtmenge geschmolzen, formverändert oder denaturiert werden kann, und, wenn das Werkstück selten oder nie geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, wird die Position eines Lichtsammelpunkts in Bezug auf das Werkstück verändert und neuerlich eine Vorbearbeitung durchgeführt.
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Zunächst wird in Schritt S200, um den Zustand der Oberfläche des Werkstücks vor dem Vorbearbeiten zu bestätigen, ein Laserstrahl unter Niederleistungsbedingungen abgegeben, welche kein Schmelzen, keine Formveränderung oder kein Denaturieren des Werkstücks bewirken und verhindern, dass das Rücklauflicht, das zu dem Laseroszillator zurückgeworfen wird, die Laserbearbeitungsvorrichtung beschädigt. Nachfolgend wird in Schritt S201 die Lichtmenge (zweite Lichtmenge) von von einem Bearbeitungspunkt reflektiertem Licht oder emittiertem Licht vor dem Vorbearbeiten gemessen. 8 zeigt die Bestrahlungsintensität, die verwendet wird, um den Zustand der Oberfläche des Werkstücks in Schritt S200 zu bestätigen, und die zweite Lichtmenge. Die durch die Lichtmengenmesseinheiten 8 und 9 vor der Vorbearbeitung gemessenen Lichtmengen werden als zweite Lichtmenge 41 in einer vierten Speichereinheit 42 gespeichert, die in 3 dargestellt ist.
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Nachfolgend wird in Schritt S202 bis S204 eine Vorbearbeitung wie in der ersten Ausführungsform durchgeführt, und die erste Lichtmenge nach der Vorbearbeitung wird gemessen. Wenn in Schritt S205 die erste Lichtmenge den Referenzwert überschreitet (NEIN in Schritt S205), wird in Schritt S207 bestimmt, ob die erste Lichtmenge 70% oder weniger der zweiten Lichtmenge ist. Wenn die erste Lichtmenge 70% oder weniger der zweiten Lichtmenge ist (JA in Schritt S207), wird die Oberfläche des Werkstücks nicht ausreichend geschmolzen, formverändert oder denaturiert, sondern in einem bestimmten Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert, und dementsprechend wird in Schritt S202 erneut eine Vorbearbeitung durchgeführt. Im Gegensatz dazu wird, wenn die erste Lichtmenge größer als 70% der zweiten Lichtmenge ist (NEIN in Schritt S207), die Oberfläche des Werkstücks selten oder nie geschmolzen, formverändert oder denaturiert, und dementsprechend wird die Position des Lichtsammelpunkts in Bezug auf das Werkstück in Schritt S208 verändert. 8 zeigt die Bestrahlungsintensität, wenn die Oberfläche des Werkstücks selten oder nie geschmolzen, formverändert oder denaturiert wird, und die erste Lichtmenge. Nachdem die Position des Lichtsammelpunkts in Schritt S208 nach unten bewegt wird, um die Bestrahlungsintensität zu verbessern, wird in Schritt S202 erneut eine Vorbearbeitung durchgeführt.
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Wenn in Schritt S205 die erste Lichtmenge kleiner gleich dem Referenzwert ist (JA in Schritt S205), wird das Werkstück in dem Maß geschmolzen, formverändert oder denaturiert, dass die Lichtmenge von Rücklauflicht während der Laserbearbeitung auf den Grenzwert oder weniger reduziert werden kann, und dementsprechend wird die Laserbearbeitung in Schritt S206 unter den eingegebenen Bearbeitungsbedingungen 10 gestartet.
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(Dritte Ausführungsform)
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Nunmehr wird ein Verfahren zum Ermitteln der Hochleistungsbedingungen und der Niederleistungsbedingungen in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 9 ist ein Schaubild der Beziehung zwischen der Bestrahlungsintensität in der dritten Ausführungsform und der Lichtmenge von Rücklauflicht. In der dritten Ausführungsform werden, wenn die Hochleistungsbedingungen und die Niederleistungsbedingungen im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung ermittelt werden, der Grenzwert für die Hochleistungsbedingungen und der Grenzwert für die Niederleistungsbedingungen verwendet.
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Wie in 9 dargestellt ist, umfassen der Grenzwert für die Hochleistungsbedingungen und der Grenzwert für die Niederleistungsbedingungen den Grenzwert für die Lichtmenge von Rücklauflicht und den Grenzwert für die Dauer von Rücklauflicht. Die Hochleistungsbedingungen sind Leistungsbedingungen, unter denen eine drastisch hohe Leistung verwendet wird, um ein Werkstück in einem Augenblick zu verändern, und dementsprechend, wie in 9 dargestellt ist, lässt der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht einen Wert zu, der den Grenzwert von Rücklauflicht überschreitet, welcher für jeden Laseroszillator spezifiziert wird, wobei jedoch der Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht auf eine äußerst kurze Zeit begrenzt ist, um die Beschädigung der Laserbearbeitungsvorrichtung zu vermeiden.
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Ebenso umfasst der Grenzwert für die Niederleistungsbedingungen den Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht und den Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht. Die Niederleistungsbedingungen sind Leistungsbedingungen, unter denen eine äußerst geringe Leistung verwendet wird, um keine Wirkung auf das Werkstück oder die Laserbearbeitungsvorrichtung auszuüben, und die Tatsache, dass die Oberfläche des Werkstücks ausreichend geschmolzen, formverändert oder denaturiert ist, wird bestätigt, und, wie in 9 dargestellt ist, ist der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht auf einen Wert begrenzt, der viel kleiner als der Grenzwert von Rücklauflicht ist, der für jeden Laseroszillator spezifiziert wird, wobei jedoch der Grenzwert der Dauer des Rücklauflichts R einen Wert zulässt, der relativ länger als der Grenzwert für die Hochleistungsbedingungen ist.
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Mit anderen Worten ist der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht unter den Hochleistungsbedingungen größer als der Grenzwert der Lichtmenge von Rücklauflicht unter den Niederleistungsbedingungen, aber der Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht unter den Hochleistungsbedingungen ist kleiner als der Grenzwert der Dauer von Rücklauflicht unter den Niederleistungsbedingungen.
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Die Hochleistungsbedingungen und die Niederleistungsbedingungen werden im Vorfeld durch einen Versuch oder eine Berechnung ermittelt, um den Grenzwert für die Hochleistungsbedingungen und den Grenzwert für die Niederleistungsbedingungen, die oben beschrieben werden, zu erfüllen. Festzuhalten ist, dass, wie in 3 dargestellt ist, ein Grenzwert 43 für die Hochleistungsbedingungen und ein Grenzwert 44 für die Niederleistungsbedingungen in einer sechsten Speichereinheit 36 gespeichert werden können.
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Nunmehr wird der betriebliche Vorteil der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ermöglicht stabiles und kontinuierliches Laserbearbeiten, da Laserbearbeiten beginnt, nachdem die Oberfläche des Werkstücks durch Vorbearbeiten verändert wird. Ferner beginnt Laserbearbeiten, nachdem die Änderung der Oberfläche des Werkstücks bestätigt wird, und dementsprechend kann, wenn die Änderung der Oberfläche des Werkstücks unzureichend ist, die Laserbearbeitungsvorrichtung geschützt werden, ohne die Beschädigung des optischen Systems des Laseroszillators oder der Laserbearbeitungsvorrichtung, die durch unerwartetes Rücklauflicht verursacht werden kann.
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Mit anderen Worten ermöglicht die vorliegende Erfindung stabiles und kontinuierliches Laserbearbeiten durch Vermeiden von übermäßigem Rücklauflicht von der Oberfläche des Werkstücks, das eine geraume Zeit lang andauert, und Vermeiden des Anhaltens, das durch eine Warnmeldung herbeigeführt wird.
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Festzuhalten ist, dass das Programm in den oben genannten Ausführungsformen bereitgestellt werden kann, nachdem es in einem rechnerlesbaren nichttemporären Speichermedium, z.B. einem CD-ROM, gespeichert wird.
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Verschiedene Ausführungsformen wurden hier beschrieben, schränken die vorliegende Erfindung jedoch nicht ein. Im Rahmen der nachstehend beschriebenen Ansprüche können verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
