DE102018001963A1

DE102018001963A1 - Galvanometer-scanner

Info

Publication number: DE102018001963A1
Application number: DE102018001963.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Murakami; Satoru Kawai
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2018-09-27
Anticipated expiration: 2038-03-10
Also published as: US20180272474A1; US10414001B2; JP2018159815A; CN108620733A; JP6434554B2; CN108620733B; DE102018001963B4

Abstract

Es wird ein Galvanometer-Scanner bereitgestellt, durch den die Zuverlässigkeit durch die Verringerung der Belastung einer Mechanismuseinheit erhöht wird. Ein Galvanometer-Scanner 50 wandelt einen Befehl für die Bearbeitungsposition auf einem Bearbeitungsziel W in Bewegungsbefehle für einen Drehmotor 53, einen Drehmotor 54 und einen Direktantriebsmechanismus 56 um. Wenn der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 eine von dem Bewegungsbefehl für den Drehmotor 53 oder 54 abhängige und innerhalb eines Amplitudenbereichs, der eine vorgegebene Amplitude nicht übersteigt, und innerhalb eines Frequenzbereichs, der nicht unter eine vorgegebene Frequenz sinkt, liegende schwache Direktantriebskomponente enthält, entfernt der Galvanometer-Scanner 50 die schwache Direktantriebskomponente aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 und gibt dann den Bewegungsbefehlen für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 entsprechende Steuersignale aus. Der Galvanometer-Scanner 50 steuert die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 auf der Grundlage der Steuersignale.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Galvanometer-Scanner.
Verwandte Technik
Bei einer herkömmlicherweise bekannten Laserschweißvorrichtung ist ein Laserkopf mit einem Galvanometer-Scanner an der Spitze eines Arms eines mehrachsigen Roboters vorgesehen. Der hier genannte Galvanometer-Scanner ist eine Vorrichtung, bei der zwei drehbare Spiegel um zwei entsprechende, zueinander rechtwinklige Drehachsen (eine X-Achse und eine Y-Achse) vorgesehen sind. Diese beiden Spiegel werden zum Ausführen einer Abtastung mit einem von einer Laserquelle emittierten Laserstrahl von einem Servomotor gedreht (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
Wenn bei einer derartigen Laserschweißvorrichtung durch Vor- und Zurückbewegen eines Brennflecks in einem blitzförmigen Muster (einem Zickzackmuster) in der X-Richtung und der Y-Richtung innerhalb eines winzigen Bereichs in einem schnellen Zyklus ein Schweißen ausgeführt wird, wie beispielsweise bei einem Schweißen nach der Weaving- oder Überlapp-Technik, wird eine Abweichung des Brennpunkts eines Laserstrahls (eine Abweichung in einer Richtung einer optischen Achse) zur Erhöhung der Energiedichte des Laserstrahls im Allgemeinen durch Steuern einer Linse in der Z-Richtung durch Verfolgen der Bewegung in der X-Richtung und der Y-Richtung zum Antreiben der Linse in der Richtung der optischen Achse des Laserstrahls kompensiert.
Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2003-43404
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Trägheit ist entlang der X-Achse und der Y-Achse lediglich zum Antreiben der Spiegel im Allgemeinen gering, um entlang dieser Achsen eine hohe Ansprechempfindlichkeit zu erzielen. Hinsichtlich der Z-Achse, längs der die Linse anzutreiben ist, ist die Trägheit dagegen hoch, so dass die Ansprechempfindlichkeit gering ist. Daher wird selbst dann, wenn der schnelle Zyklus eine Verfolgung entlang der X-Achse und der Y-Achse ermöglicht, die Belastung einer Mechanismuseinheit entlang der Z-Achse verhältnismäßig erhöht. Dies hat die Gefahr einer Verminderung der Zuverlässigkeit des Galvanometer-Scanners zur Folge.
Die in Patentschrift 1 offenbarte Technik dient lediglich der Erhöhung der Geschwindigkeit, der Erhöhung der Präzision und der Verlängerung der Lebensdauer einer Galvanometervorrichtung wie einer Lasermaschine für gedruckte Leiterplatten durch Begrenzung einer der Galvanometervorrichtung eigenen Vibration.
In Anbetracht der vorstehenden Umstände zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Galvanometer-Scanner bereitzustellen, durch den durch eine Verringerung der Belastung einer Mechanismuseinheit Zuverlässigkeit erzielt werden kann.
(1) Ein Galvanometer-Scanner gemäß der vorliegenden Erfindung (beispielsweise ein später beschriebener Galvanometer-Scanner 50) umfasst einen Spiegel (beispielsweise einen ersten Spiegel 51, einen zweiten Spiegel 52, die später beschrieben werden) zum Reflektieren eines von einer Laserquelle (beispielsweise einer später beschriebenen Laserquelle 4) emittierten Laserstrahls (beispielsweise eines später beschriebenen Laserstrahls L), einen Drehmotor (beispielsweise einen später beschriebenen Drehmotor 53, 54) zum Drehen des Spiegels, eine in einer Richtung der optischen Achse des von der Laserquelle emittierten Laserstrahls bewegliche Linse (beispielsweise eine später beschriebenen Linse 55), und einen Direktantriebsmechanismus (beispielsweise einen später beschriebenen Direktantriebsmechanismus 56) zum Antreiben der Linse. Der Galvanometer-Scanner tastet ein Bearbeitungsziel (beispielsweise ein später beschriebenes Werkstück W) durch Reflektieren des Laserstrahls von der Laserquelle durch den Spiegel und Leiten des Laserstrahls durch die Linse mit dem Laserstrahl ab. Der Galvanometer-Scanner umfasst: eine Umwandlungseinheit (Umwandlungseinheit 58 später beschriebenen beispielsweise), die einen Befehl für eine Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel in Bewegungsbefehle für den Drehmotor und den Direktantriebsmechanismus umwandelt; eine Steuerfiltereinheit (beispielsweise eine später beschriebene Steuerfiltereinheit 59), die eine schwache Direktantriebskomponente aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus entfernt und dann den Bewegungsbefehlen für den Drehmotor und den Direktantriebsmechanismus entsprechende Steuersignale ausgibt, wenn der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus die von dem Bewegungsbefehl für den Drehmotor abhängige und innerhalb eines Amplitudenbereichs, der eine vorgegebene Amplitude nicht übersteigt, und innerhalb eines Frequenzbereichs, der nicht unter eine vorgegebene Frequenz absinkt, liegende schwache Direktantriebskomponente enthält; und eine Steuereinheit (beispielsweise eine später beschriebene Steuereinheit 57), die den Drehmotor und den Direktantriebsmechanismus auf der Grundlage der von der Steuerfiltereinheit ausgegebenen Steuersignale steuert.
(2) Bei dem unter (1) beschriebenen Galvanometer-Scanner kann die von der Steuerfiltereinheit entfernte schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus die Schwingungsform einer Sinuswelle, einer Dreieckswelle, einer Rechteckwelle oder einer Sägezahnwelle aufweisen.
(3) Bei dem unter (1) oder (2) beschriebenen Galvanometer-Scanner kann die Steuerfiltereinheit die schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus nach der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel in die Bewegungsbefehle für den Drehmotor und den Direktantriebsmechanismus durch die Umwandlungseinheit aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus entfernen.
(4) Bei dem unter (1) oder (2) beschriebenen Galvanometer-Scanner kann die Steuerfiltereinheit die schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus vor der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel in die Bewegungsbefehle für den Drehmotor und den Direktantriebsmechanismus durch die Umwandlungseinheit aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus entfernen.
Durch einen durch die vorliegende Erfindung bereitgestellten Galvanometer-Scanner kann die Zuverlässigkeit durch die Verringerung der Belastung einer Mechanismuseinheit bei der Abtastung eines Bearbeitungsziels mit einem Laserstrahl erhöht werden.
Figurenliste

1 ist eine Außenansicht eines Remote-Laserschweißsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein optisches System des Remote-Laserschweißsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Steuerungsblockdiagramm eines Galvanometer-Scanners gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
4 ist ein Graph, der eine Entsprechung zwischen einem Befehl für die Bearbeitungsposition in der X-Richtung und einem Befehl für die Bearbeitungsposition in der Y-Richtung zeigt, wenn in der Y-Richtung eine Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit ausgeführt wird, während in der X-Richtung eine Schwingung angeregt wird;
5 ist ein Graph, der zeigt, wie sich ein Befehl für die Bearbeitungsposition jeweils in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung mit der Zeit verändert, wenn in der Y-Richtung eine Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit ausgeführt wird, während in der X-Richtung Schwingung angeregt wird; und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das eine Prozedur zum Ausführen eines Schweißens an einem Werkstück nach dem Weaving-Verfahren durch das Remote-Laserschweißsystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
[Erste Ausführungsform]
1 ist eine Außenansicht eines Remote-Laserschweißsystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt ein optisches System des Remote-Laserschweißsystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 ist ein Steuerungsblockdiagramm eines Galvanometer-Scanners gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 ist ein Graph, der eine Entsprechung zwischen einem Befehl für die Bearbeitungsposition in der X-Richtung und einem Befehl für die Bearbeitungsposition in der Y-Richtung zeigt, wenn in der Y-Richtung eine Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit ausgeführt wird, während in der X-Richtung eine Schwingung angeregt wird. 5 ist ein Graph, der zeigt, wie sich ein Befehl für die Bearbeitungsposition jeweils in der X-Richtung, der Y-Richtung und der Z-Richtung mit der Zeit verändert, wenn in der Y-Richtung eine Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit ausgeführt wird, während in der X-Richtung eine Schwingung angeregt wird.
Wie in den 1 und 2 gezeigt, umfasst ein Remote-Laserschweißsystem 1 gemäß der ersten Ausführungsform einen mehrachsigen Roboter 3, eine Laserquelle 4 und einen an der Spitze eines Arms 31 des mehrachsigen Roboters 3 vorgesehenen Laserkopf 5. Das Remote-Laserschweißsystem 1 führt das Schweißen nach dem Weaving-Verfahren wie folgt aus. Der mehrachsige Roboter 3 wird betätigt, um den Laserkopf 5 an der Spitze des Arms 31 zu bewegen. Dann wird von dem Laserkopf 5 ein Laserstrahl L auf einen Stoßbearbeitungspunkt (Stoßschweißpunkt) auf einem Werkstück W wie einer Fahrzeugkarosserie als Bearbeitungsziel emittiert, wobei er in Schwingungen versetzt wird.
Wie in den 4 und 5 gezeigt, ist dieses Schweißen nach dem Weaving-Verfahren ein Konzept, das nicht nur den Fall einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eines Brennflecks auf einem Schweißteil in einem linearen blitzförmigen Muster, sondern auch den Fall einer Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eines Brennflecks auf einem Schweißteil in einem blitzförmigen Muster mit einer gebogenen Form (beispielsweise einem Kreis, einer Ellipse oder einer Parabel) abdeckt.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der mehrachsige Roboter 3 einen Fuß 30, den Arm 31, mehrere Achsen 32a bis 32e und einen von Servomotoren zum Antreiben entsprechender der Achsen gebildeten (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Robotermotor. Die Betätigung des mehrachsigen Roboters 3 wird von einer (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Robotersteuereinheit gesteuert.
Wie in 2 gezeigt, wird die Laserquelle 4 von unterschiedlichen Typen von Laseroszillatoren gebildet, die ein Lasermedium, einen optischen Resonator, eine Erregerquelle, etc. umfassen. Die Laserquelle 4 erzeugt einen Laserstrahl L, und emittiert den erzeugten Laserstrahl L zu einem später beschriebenen Galvanometer-Scanner 50.
Der Laserkopf 5 umfasst den Galvanometer-Scanner 50 zur Abtastung eines Stoßbearbeitungspunkts (eines Stoßschweißpunkts) auf dem Werkstück W mit dem Laserstrahl L. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Galvanometer-Scanner 50: einen ersten Spiegel 51 und einen zweiten Spiegel 52 als zwei Spiegel zum Reflektieren des von der Laserquelle 4 emittierten Laserstrahls L und zwei Drehmotoren 53 und 54 zum jeweiligen Drehen des ersten Spiegels 51 und des zweiten Spiegels 52 um eine Drehachse X1 und eine Drehachse X2. Der Galvanometer-Scanner 50 umfasst: eine in einer Richtung der optischen Achse des von der Laserquelle 4 emittierten Laserstrahls L bewegliche Linse 55 und einen Direktantriebsmechanismus 56 zum Antreiben der Linse 55.
Wie in 3 gezeigt, weist der Galvanometer-Scanner 50 ein Steuersystem auf, das eine Steuereinheit 57, eine Umwandlungseinheit 58 und eine Steuerfiltereinheit 59 umfasst, die in dem Galvanometer-Scanner 50 vorgesehen sind.
Die Steuereinheit 57 steuert die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 auf der Grundlage eines vorgegebenen Steuersignals. Die Umwandlungseinheit 58 wandelt einen Befehl für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W in Bewegungsbefehle für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 um. Ein spezifisches Verfahren für die Umwandlung wird später beschriebenen. Die Steuerfiltereinheit 59 analysiert den Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56. Auf der Grundlage eines Ergebnisses der Analyse verarbeitet die Steuerfiltereinheit 59 gegebenenfalls das Steuersignal. Dann gibt die Steuerfiltereinheit 59 ein resultierendes Signal an die Steuereinheit 57 aus. Ein spezifisches Verfahren zur Signalverarbeitung wird später beschrieben.
Als nächstes wird eine Prozedur zum Ausführen eines Schweißens des Werkstücks W nach dem Weaving-Verfahren durch das Remote-Laserschweißsystem 1 beschrieben. 6 ist ein Ablaufdiagramm, das diese Prozedur zeigt.
Zunächst betätigt in Schritt S1 ein Bediener zur Eingabe eines Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W in den Galvanometer-Scanner 50 eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Eingabeeinheit. Genauer legt der Bediener, wie in 2 gezeigt, ein dreidimensionales rechtwinkliges Koordinatensystem (XYZ-Koordinatensystem) für das Werkstück W fest. In diesem rechtwinkligen Koordinatensystem werden die Fokuslagen (X, Y, Z) des Laserstrahls L zur Eingabe des Befehls für die Bearbeitungsposition nacheinander einzeln bestimmt. Bei einem Schweißen nach dem Weaving-Verfahren wird durch die Aufzeichnung eines Befehls für die Bearbeitungsposition in der X-Richtung und eines Befehls für die Bearbeitungsposition in der Y-Richtung ein blitzförmiges Muster wie das gemäß 4 erzeugt, das beispielsweise eine Bewegung mit einer festen Geschwindigkeit in der Y-Richtung und eine Schwingung in der X-Richtung zeigt.
Als nächstes wandelt die Umwandlungseinheit 58 des Galvanometer-Scanners 50 in Schritt S2 als Reaktion auf den Empfang des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W den empfangenen Befehl für die Bearbeitungsposition in Bewegungsbefehle für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 um. Genauer wandelt, wenn der Befehl für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W, wie vorstehend beschrieben, durch aufeinanderfolgendes einzelnes Bestimmen der Fokuslagen (X, Y, Z) des Laserstrahls L in dem dreidimensionalen rechtwinkligen Koordinatensystem eingegeben wird, die Umwandlungseinheit 58 des Galvanometer-Scanners 50 jede dieser Fokuslagen (X, Y, Z) unter Verwendung einer unter [Mathematischer Ausdruck 1] gezeigten Formel in eine Arbeitsposition (θ_x, θ_y, z) für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 um. Dabei entspricht θ_x der Winkelposition des zweiten Spiegels 52, und θ_y entspricht der Winkelposition des ersten Spiegels 51. Ferner entspricht z der Bewegungsposition der Linse 55.
$\begin{array}{l} x = e tan θ_{x} + \sqrt{d^{2} + y^{2}} tan θ_{x} = (e + \frac{d}{cos θ_{y}}) tan θ_{x}, \\ y = d tan θ_{y}, \\ f_{r} = \sqrt{{(e + \sqrt{d^{2} + y^{2}})}^{2} + x^{2}}, \\ Δ f_{r} = \sqrt{{(e + \sqrt{d^{2} + y^{2}})}^{2} + x^{2}} - (e + d), \\ α_{x} = \frac{1}{2} θ_{x} = \frac{1}{2} arctan (\frac{x}{e + \sqrt{d^{2} + y^{2}}}), \\ α_{y} = \frac{1}{2} θ_{y} = \frac{1}{2} arctan \frac{y}{d}, \end{array}$

(x,y): KOORDINATEN DES ABTASTPUNKTS AUF DER BEARBEITUNGSEBENE
d: ABSTAND ZWISCHEN Y-SPIEGEL UND BEARBEITUNGSEBENE e ABSTAND ZWISCHEN DEN MITTEN DES X-SPIEGELS UND DES Y-SPIEGELS
f_r: ABSTAND ZWISCHEN DEM X-SPIEGEL UND DER BEARBEITUNGSEBENE
Δf_r: BEI DER DEFOKUSSIERUNG AUFTRETENDER FEHLER
θ_x: OPTISCHER WINKEL DES X-SPIEGELS
θ_y: OPTISCHER WINKEL DES Y-SPIEGELS
α_x: MECHANISCHER WINKEL DES X-SPIEGELS
α_y: MECHANISCHER WINKEL DES Y-SPIEGELS

Dieses Umwandlungsverfahren wird hier nicht im Einzelnen erläutert, da es in öffentlich bekannten Druckschriften wie beispielsweise Optics & Laser Technology 37 (2005) S. 305-311 offenbart ist.
Als nächstes bestimmt die Steuerfiltereinheit 59 des Galvanometer-Scanners 50 in Schritt S3, ob der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 eine von dem Bewegungsbefehl für den Drehmotor 53 oder 54 abhängige und innerhalb eines Amplitudenbereichs, der eine vorgegebene Amplitude nicht übersteigt, und innerhalb eines Frequenzbereichs, der nicht unter eine vorgegebene Frequenz sinkt, liegende schwache Direktantriebskomponente enthält oder nicht. Es wird angenommen, dass die tatsächliche Schwingungsform dieser schwachen Direktantriebskomponente in vielen Fällen die Form einer Sinuswelle, einer Dreieckswelle, einer Rechteckwelle oder einer Sägezahnwelle aufweist.
Wenn bestimmt wird, dass der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 keine derartige schwache Direktantriebskomponente enthält (Schritt S3: NEIN), gibt die Steuerfiltereinheit 59 den Bewegungsbefehlen für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 entsprechende Steuersignale unverändert an die Steuereinheit 57 aus (ohne eine Verarbeitung an den Bewegungsbefehlen auszuführen). Dann wird der Ablauf mit Schritt S5 fortgesetzt.
Wenn der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 eine derartige schwache Direktantriebskomponente enthält (Schritt S3: JA), wird der Ablauf mit Schritt S4 fortgesetzt. In Schritt S4 entfernt die Steuerfiltereinheit 59 die schwache Direktantriebskomponente aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56. Dann gibt die Steuerfiltereinheit 59 den Bewegungsbefehlen für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 entsprechende Steuersignale aus. Als nächstes wird der Ablauf mit Schritt S5 fortgesetzt. Zu diesem Zeitpunkt nimmt der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56, der ursprünglich ein in dem unteren Graphen in 5 durch eine durchgehende Linie dargestelltes gebogenes Muster aufwies, infolge der Entfernung der schwachen Direktantriebskomponente ein in dem unteren Graphen in 5 durch eine gestrichelte Linie dargestelltes lineares Muster an.
Der Grund für die Definition der schwachen Direktantriebskomponente in Form sowohl einer Amplitude als auch einer Frequenz ist wie folgt. Wenn die Amplitude der schwachen Direktantriebskomponente zu groß ist, während die Frequenz dieser schwachen Direktantriebskomponente nicht unter die vorgegebene Frequenz sinkt, kann der Brennpunkt des Laserstrahls L auf eine von der dreidimensionalen Form des Werkstücks W abhängige Weise erheblich abgelenkt werden. Dies hat die Gefahr einer Minderung der Qualität des Schweißens des Werkstücks W aufgrund einer Abnahme der Energiedichte des Laserstrahls L zur Folge. In diesem Fall ist ein Entfernen dieser schwachen Direktantriebskomponente nicht zweckmäßig. Wenn die Frequenz der schwachen Direktantriebskomponente zu gering ist, während die Amplitude dieser schwachen Direktantriebskomponente die vorgegebene Amplitude nicht übersteigt, könnte der Brennpunkt des Laserstrahls L über einen langen Zeitraum auf eine von der dreidimensionalen Form des Werkstücks W abhängige Weise kontinuierlich abgelenkt werden. Daher ist auch in diesem Fall das Entfernen dieser schwachen Direktantriebskomponente nicht zweckmäßig.
Schließlich steuert die Steuereinheit 57 des Galvanometer-Scanners 50 als Reaktion auf den Empfang der Steuersignale die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 in Schritt S5 auf der Grundlage der empfangenen Steuersignale so, dass eine Deckung mit der Zeitsteuerung der Emission des Laserstrahls L durch die Laserquelle 4 gegeben ist. Dadurch wird der Laserstrahl L entlang eines Wegs in einem blitzförmigen Muster auf das Werkstück W abgestrahlt, wie in 4 gezeigt, wodurch ein Schweißen nach dem Weaving-Verfahren ausgeführt wird.
Die keine Minderung der Qualität des Werkstücks W verursachende schwache Direktantriebskomponente wurde aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 entfernt, wenn diese schwache Direktantriebskomponente in diesem Bewegungsbefehl enthalten war. Dadurch wird die Belastung des Direktantriebsmechanismus 56 als Mechanismuseinheit zum Antreiben der Linse 55 reduziert, wodurch eine Steigerung der Zuverlässigkeit des Galvanometer-Scanners 50 ermöglicht wird.
Anschließend beendet das Remote-Laserschweißsystem 1 das Schweißen des Werkstücks W nach dem Weaving-Verfahren. Das Entfernen der schwachen Direktantriebskomponente verursacht eine entsprechende geringfügige Abweichung des Brennpunkts des Laserstrahls L. Bei einem optischen System mit langer Brennweite wie dem Galvanometer-Scanner 50 hat jedoch bei kurzen Bewegungsstrecken in der X-Richtung und der Y-Richtung eine geringfügige Abweichung des Brennpunkts des Laserstrahls L keinen derart gravierenden Einfluss, dass die Qualität des Schweißens des Werkstücks W verringert wird.
[Weitere Ausführungsformen]
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform begrenzt. Die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebenen Ergebnisse sind lediglich eine Auflistung der bevorzugtesten der durch die vorliegende Erfindung erzielten Ergebnisse. Die durch die vorliegende Erfindung erzielten Ergebnisse sind nicht auf die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebenen beschränkt.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wandelt die Umwandlungseinheit 58 des Galvanometer-Scanners 50 zum Schweißen des Werkstücks W nach dem Weaving-Verfahren beispielsweise einen Befehl für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W in Bewegungsbefehle für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 um. Als nächstes entfernt die Steuerfiltereinheit 59 des Galvanometer-Scanners 50 eine schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56. Die schwache Direktantriebskomponente kann entweder vor oder nach der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition in die Bewegungsbefehle entfernt werden. Daher kann die Steuerfiltereinheit 59 des Galvanometer-Scanners 50 so konfiguriert sein, dass die Steuerfiltereinheit 59 die schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 vor der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Werkstück W in die Bewegungsbefehle für die Drehmotoren 53 und 54 und den Direktantriebsmechanismus 56 durch die Umwandlungseinheit 58 des Galvanometer-Scanners 50 aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus 56 entfernt.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist das Schweißen des Werkstücks W ein Schweißen nach dem Weaving-Verfahren. Solange das Schweißen jedoch durch Vor- und Zurückbewegen eines Brennflecks in einem blitzförmigen Muster innerhalb eines winzigen Bereichs in den beiden Richtungen (der X-Richtung und der Y-Richtung) in einen schnellen Zyklus ausgeführt wird, ist das Schweißen nicht auf ein Schweißen nach dem Weaving-Verfahren beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist beispielsweise auf die gleiche Weise auf ein Überlapp-Schweißen anwendbar.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Steuereinheit 57, die Umwandlungseinheit 58 und die Steuerfiltereinheit 59 in dem Galvanometer-Scanner 50 vorgesehen. Alternativ können sowohl die Steuereinheit 57 als auch die Umwandlungseinheit 58 als auch die Steuerfiltereinheit 59 oder einige von ihnen auf verschiedenen Servern vorgesehen sein.
Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform ist der Galvanometer-Scanner 50 in das Remote-Laserschweißsystem 1 integriert. Daneben ist die vorliegende Erfindung ferner in der gleichen Weise auf einen Fall anwendbar, in dem der Galvanometer-Scanner 50 in eine andere Einrichtung als das Remote-Laserschweißsystem 1 eingebaut ist.
Sämtliche oder einige der unterschiedlichen Server gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Hardware, durch Software oder durch eine Kombination von Hardware und Software realisiert werden. Eine Realisierung durch Software bedeutet eine Realisierung durch das Lesen und Ausführen eines Programms durch einen Computer. Zur Konfiguration der Server durch Hardware können einige oder sämtliche der Server unter Verwendung beispielsweise einer integrierten Schaltung (IC) wie eines hochintegrierten Schaltkreises (LSI), eines anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreises (ASIC) oder einer Gatteranordnung oder einer feldprogrammierbaren Gatteranordnung (FPGA) konfiguriert sein.
Sämtliche oder einige der Funktionen der unterschiedlichen Server gemäß der vorliegenden Erfindung können auch durch Software auf einem Computer gestaltet werden, der eine Speichereinheit wie eine Festplatte oder einen ROM, in denen Programme gespeichert sind, die sämtliche oder einige der Arbeitsabläufe der unterschiedlichen Server gemäß der vorliegenden Erfindung beschreiben, einen DRAM, in dem für Berechnungen erforderliche Daten gespeichert sind, eine CPU und einen Bus zum Verbinden der Einheiten umfasst. In diesem Computer können durch Speichern der für die Berechnungen erforderlichen Informationen in dem DRAM und Veranlassen der CPU zur Ausführung der Programme sämtliche oder einige dieser Funktionen realisiert sein.
Gegebenenfalls können die jeweiligen Funktionen der unterschiedlichen Server gemäß der vorliegenden Erfindung so konfiguriert sein, dass sie auf einem oder mehreren Servern realisiert werden. Alternativ können die jeweiligen Funktionen der unterschiedlichen Server gemäß der vorliegenden Erfindung beispielsweise unter Verwendung einer virtuellen Serverfunktion in einer Cloud realisiert werden.
Die Programme können auf unterschiedlichen Typen von computerlesbaren Medien gespeichert sein und dem Computer zur Verfügung gestellt werden. Die computerlesbaren Medien können unterschiedliche Typen konkreter Speichermedien umfassen. Beispiele der computerlesbaren Medien umfassen ein magnetisches Aufzeichnungsmedium (beispielsweise eine Diskette, ein Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk), ein magnetooptisches Aufzeichnungsmedium (beispielsweise eine magnetooptische Platte), eine Festspeicher-CD (CD-ROM), eine CD-R, eine CD-R/W und einen Halbleiterspeicher (beispielsweise einen Mask-ROM, einen programmierbaren ROM (PROM), einen überschreibbaren PROM (EPROM), einen Flash-ROM oder einen Direktzugriffsspeicher (RAM)).
Bezugszeichenliste

1 ...: Remote-Laserschweißsystem
4 ...: Laserquelle
50 ...: Galvanometer-Scanner
51 ...: Erster Spiegel (Spiegel)
52 ...: Zweiter Spiegel (Spiegel)
53, 54 ...: Drehmotor
55 ...: Linse
56 ...: Direktantriebsmechanismus
57 ...: Steuereinheit
58 ...: Umwandlungseinheit
59 ...: Steuerfiltereinheit
L ...: Laserstrahl
W ...: Werkstück (Bearbeitungsziel)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 200343404 [0004]

Claims

Galvanometer-Scanner (50), der umfasst: einen Spiegel zum Reflektieren eines von einer Laserquelle emittierten Laserstrahls, einen Drehmotor (53, 54) zum Drehen des Spiegels, eine in einer Richtung der optischen Achse des von der Laserquelle emittierten Laserstrahls bewegliche Linse und einen Direktantriebsmechanismus (56) zum Antreiben der Linse, wobei der Galvanometer-Scanner ein Bearbeitungsziel (W) durch Reflektieren des Laserstrahls von der Laserquelle durch den Spiegel und Leiten des Laserstrahls durch die Linse mit dem Laserstrahl abtastet, wobei der Galvanometer-Scanner umfasst: eine Umwandlungseinheit, die einen Befehl für die Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel (W) in Bewegungsbefehle für den Drehmotor (53, 54) und den Direktantriebsmechanismus (56) umwandelt; eine Steuerfiltereinheit, die eine schwache Direktantriebskomponente aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) entfernt und dann den Bewegungsbefehlen für den Drehmotor (53, 54) und den Direktantriebsmechanismus (56) entsprechende Steuersignale ausgibt, wenn der Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) die von dem Bewegungsbefehl für den Drehmotor (53, 54) abhängige und innerhalb eines Amplitudenbereichs, der eine vorgegebene Amplitude nicht übersteigt, und innerhalb eines Frequenzbereichs, der nicht unter eine vorgegebene Frequenz sinkt, liegende schwache Direktantriebskomponente enthält; und eine Steuereinheit, die den Drehmotor (53, 54) und den Direktantriebsmechanismus (56) auf der Grundlage der von der Steuerfiltereinheit ausgegebenen Steuersignale steuert.
Galvanometer-Scanner (50) nach Anspruch 1, wobei die von der Steuerfiltereinheit entfernte schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) die Schwingungsform einer Sinuswelle, einer Dreieckswelle, einer Rechteckwelle oder einer Sägezahnwelle aufweist.
Galvanometer-Scanner (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerfiltereinheit die schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) nach der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel (W) in die Bewegungsbefehle für den Drehmotor (53, 54) und den Direktantriebsmechanismus (56) durch die Umwandlungseinheit aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) entfernt.
Galvanometer-Scanner (50) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerfiltereinheit die schwache Direktantriebskomponente in dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) vor der Umwandlung des Befehls für die Bearbeitungsposition auf dem Bearbeitungsziel (W) in die Bewegungsbefehle für den Drehmotor (53, 54) und den Direktantriebsmechanismus (56) durch die Umwandlungseinheit aus dem Bewegungsbefehl für den Direktantriebsmechanismus (56) entfernt.