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Allgemeiner Stand der Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsverfahren, und betrifft insbesondere ein Laserbearbeitungsverfahren, das vor einer Laserbearbeitung eine Brennpunktverschiebung je nach der Art und des Grads der Verschmutzung eines externen optischen Systems reguliert.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die Laserlicht auf ein zu bearbeitendes Objekt strahlt und eine Laserbearbeitung des zu bearbeitenden Objekts vornimmt, sammelt das Laserlicht durch eine Linse an einer bestimmten Brennpunktposition und strahlt das gesammelte Laserlicht auf das zu bearbeitende Objekt. Wenn bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung ein externes optisches System, das das Laserlicht von einem Laseroszillator leitet und auf einer Werkstückoberfläche sammelt, verschmutzt ist und das Laserlicht absorbiert, wird die Krümmung durch den sogenannten thermischen Linseneffekt verändert und wird die Brennposition bewegt. Je nach der Weise der Verschmutzung verändert sich auch die Durchlässigkeit des externen optischen Systems. Da Bearbeitungsmängel entstehen, wenn es zu einer Veränderung der Brennpunktposition und einer Veränderung der Durchlässigkeit kommt, ist es nötig, sich zu vergewissern, dass das externe optische System nicht verschmutzt ist, Dieser Umstand stellt eine Beeinträchtigung für den automatischen Betrieb dar.
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Was die Lösung dieser Aufgabe betrifft, ist eine Detektion der Verschmutzung des externen optischen Systems durch Anbringen eines Temperatursensors oder eines Streulichtsensors an dem externen optischen System allgemein bekannt. In der Internationalen Patentveröffentlichung Nr. 2009/066370 (A1) ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart, die Verschlechterungen oder dergleichen zwar nicht des externen optischen Systems, aber einer Beschichtungsschicht eines Austrittsspiegels des Laseroszillators bestimmen kann. Wenn der Austrittsspiegel den Laserstrahl aufgrund einer Verschlechterung absorbiert, kommt es zu einem Wärmebelastungszustand und verändert sich die Krümmung und besteht aufgrund des sogenannten thermischen Linseneffekts die Tendenz zur Sammlung von parallelem Licht. Durch Versehen der Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Apertur, die hinter dem Austrittsspiegel angeordnet ist, und einem Strahlleistungsmesssensor, der hinter der Apertur angeordnet ist, kann bestimmt werden, dass sich der Austrittsspiegel verschlechtert hat, wenn die Strahlleistung größer als ein Referenzwert ist.
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In der Patentoffenlegungsschrift 2016-2580 ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung offenbart, die eine Brennpunktverschiebung des externen optischen Systems durch den thermischen Linseneffekt zwar nicht vor der Laserbearbeitung, aber nach der Laserbearbeitung bestimmen kann. Da der Laserbestrahlungsdurchmesser groß wird, wenn es zu einer Brennpunktverschiebung durch den thermischen Linseneffekt kommt, wird die Laserbearbeitungsvorrichtung mit einer Bezugsmessfläche, die eine kleine Öffnung aufweist, versehen und die Brennpunktverschiebung auf Basis des Grads des Abstrahlungslichts, das von dem Umfang der kleinen Öffnung abgestrahlt wird, bestimmt.
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Ein Laserbearbeitungsverfahren, bei dem das Ausmaß der Brennpunktbewegung durch eine Verschmutzung des optischen Systems gemessen und eine Laserbearbeitung nach einer Korrektur des optischen Systems vorgenommen wird, ist in
DE 100 45 191 A1 beschrieben. Weitere Laserbearbeitungsverfahren sind aus
DE 11 2010 003 743 B4 und
DE 10 2010 032 800 A1 bekannt.
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Kurzdarstellung der Erfindung
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Das externe optische System verschlechtert sich im Lauf der Zeit. Als Folge kommt es an dem Brennpunkt zu einem Verlust an Laserleistung. Da sich die Brennpunktposition auch bei einer geringfügigen Verschmutzung bewegt, wird eine bedeutende Verschlechterung der Qualität der Laserbearbeitung verursacht. In diesem Fall ist es nötig, das optische System rasch auszutauschen oder zu reinigen. Doch bei der Vornahme einer Wartung des optischen Systems nach dem Auftreten von Bearbeitungsmängeln besteht das Problem, dass bei einem automatischen Betrieb eine große Menge an mangelhaften Komponenten entsteht. Andererseits besteht bei dem Verfahren, bei dem an dem externen System ein Temperatursensor oder ein Streulichtsensor angebracht wird, das Problem, dass eine Nachrüstung nicht möglich ist. Da außerdem nicht alle externen optischen Systeme mit Sensoren, die eine Verschmutzung erfassen können, kompatibel sind, wird die Wahlfreiheit des Benutzers eingeschränkt.
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Zudem konnte bei der bisherigen Technik die Unannehmlichkeit der Brennpunktverschiebung durch eine Verschmutzung der Linse nicht von der Unannehmlichkeit der Veränderung der Durchlässigkeit durch eine Verschmutzung des Fensters getrennt werden. Es ist erwünscht, den automatischen Betrieb auch bei einer Verschmutzung des externen optischen Systems fortsetzen zu können und die Zeit für die Reinigung oder den Austausch des optischen Systems hinausschieben zu können, indem im Fall nur einer Brennpunktverschiebung eine Korrektur der Brennpunktposition vorgenommen wird, im Fall einer leichten Veränderung der Durchlässigkeit eine Änderung der Ausgangsleistungsbedingung vorgenommen wird, und wenn gleichzeitig eine Brennpunktverschiebung und eine Veränderung der Durchlässigkeit aufgetreten ist, die Parameter für beide reguliert werden.
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Daher wird eine Technik gewünscht, die vor einer Laserbearbeitung eine Brennpunktverschiebung je nach der Art und des Grads der Verschmutzung eines externen optischen Systems regulieren kann.
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Eine Form der vorliegenden Offenbarung stellt ein Laserbearbeitungsverfahren, das bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die das Ausmaß der Brennpunktbewegung durch eine Verschmutzung des optischen Systems misst und eine Laserbearbeitung nach einer Korrektur der Brennpunktposition vornimmt, bereit, das vor der Laserbearbeitung (a) einen Schritt, bei dem zum Erwärmen eines externen optischen Systems, das Laserlicht von einem Laseroszillator leitet und auf einer Oberfläche eines Werkstücks sammelt, ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer wie zu der Zeit der Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung zu einer Laserlichtbeseitigungseinheit, die das Laserlicht beseitigen kann, erteilt wird; (b) einen Schritt, bei dem nach dem Erwärmen des externen optischen Systems ein Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche einer Platte, die an einer von der Laserlichtbeseitigungseinheit verschiedenen Stelle angeordnet ist und eine Öffnung mit einen kleinen Durchmesser aufweist, und ein Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt werden; (c) einen Schritt, bei dem im erwärmten Zustand des externen optischen Systems ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Leistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt wird; (d) einen Schritt, bei dem die Energiemenge des Laserlichts, das im erwärmten Zustand des externen optischen Systems durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als erster Messwert gemessen wird; (e) einen Schritt, bei dem auf Basis des ersten Messwerts, der im erwärmten Zustand des externen optischen Systems gemessen wurde, und eines ersten Referenzwerts, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems in Bezug auf den ersten Messwert festgelegt wurde, das Ausmaß der Brennpunktbewegung berechnet wird; und (f) einen Schritt, bei dem die Brennpunktposition zu der Zeit der Laserbearbeitung auf Basis des berechneten Ausmaßes der Brennpunktbewegung korrigiert wird, umfasst.
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Eine andere Form der vorliegenden Offenbarung stellt ein Laserbearbeitungsverfahren, das bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die das Ausmaß der Brennpunktbewegung durch eine Verschmutzung des optischen Systems misst und eine Laserbearbeitung nach einer Korrektur der Brennpunktposition vornimmt, bereit, das vor der Laserbearbeitung (a) einen Schritt, bei dem zum Erwärmen eines externen optischen Systems, das Laserlicht von einem Laseroszillator leitet und auf einer Oberfläche eines Werkstücks sammelt, ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer wie zu der Zeit der Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung zu einer Laserlichtbeseitigungseinheit, die das Laserlicht beseitigen kann, erteilt wird; (b) einen Schritt, bei dem nach dem Erwärmen des externen optischen Systems ein Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche einer Platte, die an einer von der Laserlichtbeseitigungseinheit verschiedenen Stelle angeordnet ist und eine Öffnung mit einen kleinen Durchmesser aufweist, und ein Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt werden; (c) einen Schritt, bei dem im erwärmten Zustand des externen optischen Systems ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Leistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt wird; (d) einen Schritt, bei dem die Energiemenge des Laserlichts, das im erwärmten Zustand des externen optischen Systems durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als erster Messwert gemessen wird; (g) einen Schritt, bei dem ein Befehl zum Bewegen der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Platte erteilt wird; (h) einen Schritt, bei dem im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb jeweils ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung erteilt wird; (i) einen Schritt bei dem die Energiemenge des Laserlichts, das jeweils im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als dritte Messwerte gemessen wird; (j) einen Schritt, bei dem eine der Art und dem Grad der Verschmutzung des externen optischen Systems entsprechende Kurve, die den ersten Messwert, der im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte gemessen wurde, und die dritten Messwerte, die jeweils im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Platte gemessen wurden, enthält, erstellt wird; (k) einen Schritt, bei dem die Brennpunktposition aus der Kurve berechnet wird, und das Ausmaß der Brennpunktbewegung auf Basis des Unterschieds zwischen der berechneten Brennpunktposition und der zur Einstellung auf die Oberfläche der Platte befohlenen Brennpunktposition berechnet wird; und (f) einen Schritt, bei dem die Brennpunktposition zu der Zeit der Laserbearbeitung auf Basis des berechneten Ausmaßes der Brennpunktbewegung korrigiert wird, umfasst.
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Eine andere Form der vorliegenden Offenbarung stellt ein Laserbearbeitungsverfahren, das bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung ausgeführt wird, die das Ausmaß der Brennpunktbewegung durch eine Verschmutzung des optischen Systems misst und eine Laserbearbeitung nach einer Korrektur der Brennpunktposition vornimmt, bereit, das vor der Laserbearbeitung (a) einen Schritt, bei dem zum Erwärmen eines externen optischen Systems, das Laserlicht von einem Laseroszillator leitet und auf einer Oberfläche eines Werkstücks sammelt, ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer wie zu der Zeit der Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung zu einer Laserlichtbeseitigungseinheit, die das Laserlicht beseitigen kann, erteilt wird; (b) einen Schritt, bei dem nach dem Erwärmen des externen optischen Systems ein Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche einer Platte, die an einer von der Laserlichtbeseitigungseinheit verschiedenen Stelle angeordnet ist, eine Öffnung mit einen kleinen Durchmesser aufweist und Laserlicht absorbieren kann, und ein Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt werden; (c) einen Schritt, bei dem im erwärmten Zustand des externen optischen Systems ein Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Leistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt wird; (d) einen Schritt, bei dem die Energiemenge des Laserlichts, das im erwärmten Zustand des externen optischen Systems durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als erster Messwert gemessen wird; (s) einen Schritt, bei dem die Energiemenge des Laserlichts, das im erwärmten Zustand des externen optischen Systems durch die Platte absorbiert wurde, als zweiter Messwert gemessen wird; (t) einen Schritt, bei dem durch Vergleichen des ersten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und eines ersten Referenzwerts, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurde, das Vorhandensein einer Verschmutzung des externen optischen Systems bestimmt wird; (u) einen Schritt, bei dem durch Vergleichen des zweiten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte absorbiert wurde, darstellt, und eines zweiten Referenzwerts, der voarb je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurde, eine Verschmutzung nur eines Fensters in dem externen optischen System bestimmt wird; (v) einen Schritt, bei dem durch Vergleichen des ersten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und eines dritten Referenzwerts, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurde und niedriger als der erste Referenzwert ist, eine Verschmutzung nur einer Linse in dem externen optischen System bestimmt wird; (w) einen Schritt, bei dem im Fall nur einer Verschmutzung der Linse in dem externen optischen System das Ausmaß der Brennpunktbewegung auf Basis des zweiten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte absorbiert wurde, darstellt, eines vierten Referenzwerts, der vorab dem Verschmutzungsgrad des externen optischen Systems entsprechend festgelegt wurde, und eines vorab dem vierten Referenzwert entsprechend festgelegten Brennpunktbewegungsausmaßes berechnet wird; und (f) einen Schritt, bei dem die Brennpunktposition zu der Zeit der Laserbearbeitung auf Basis des berechneten Ausmaßes der Brennpunktbewegung korrigiert wird, umfasst.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung der Art der Verschmutzung eines externen optischen Systems.
- 2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Bewegung des Brennpunkts und der Energiemenge des durch eine Öffnung mit einem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts je nach der Art der Verschmutzung zeigt.
- 3 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform zeigt.
- 4 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der Ausführungsform zeigt.
- 5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der Ausführungsform zeigt.
- 6 ist eine Ansicht, die eine Datenbank zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurden, gespeichert sind.
- 7 ist eine Ansicht, die Bearbeitungsbedingungen im Normalzustand und Bearbeitungsbedingungen nach der Korrektur zeigt.
- 8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf zur Detektion einer Fensterverschmutzung nach der Ausführungsform zeigt.
- 9 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform zeigt.
- 10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der anderen Ausführungsform zeigt.
- 11 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
- 12 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
- 13 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt.
- 14 ist eine Ansicht, die eine Datenbank zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurden, gespeichert sind.
- 15 ist eine Ansicht, die eine Datenbank zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach dem Verschmutzungsgrad des externen optischen Systems in Bezug auf die Energiemenge des durch die Platte absorbierten Laserlichts festgelegt wurden, und mit diesen Referenzwerten in Zusammenhang gebrachte Brennpunktbewegungsausmaße gespeichert sind.
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Ausführliche Erklärung
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Nachstehend erfolgt unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine ausführliche Erklärung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Aufbauelemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Außerdem beschränken die nachstehend beschriebenen Ausführungsformen den technischen Umfang der Erfindung und die Bedeutung der Terminologie in den Patentansprüchen nicht.
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Nun soll die Begriffsbestimmung der Terminologie in der vorliegenden Beschreibung erklärt werden. Der Ausdruck „Linse“ in der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine optische Komponente, die mit einer Oberfläche, die eine Krümmung aufweist, versehen ist. Mit anderen Worten ist eine in der vorliegenden Beschreibung verwendete Linse eine optische Komponente, bei der die Veränderung der Krümmung durch den sogenannten thermischen Linseneffekt im Fall einer Absorption von Laserlicht durch eine Verschmutzung groß ist. Der Ausdruck „Fenster“ in der vorliegenden Beschreibung bedeutet eine optische Komponente, die aus einer im Allgemeinen ebenen Fläche gebildet wird. Mit anderen Worten ist ein in der vorliegenden Beschreibung verwendetes Fenster eine optische Komponente, bei der die Veränderung der Krümmung auch im Fall einer Absorption von Laserlicht durch eine Verschmutzung gering ist. Ferner bedeutet der Ausdruck „Verschmutzung“ in der vorliegenden Beschreibung nicht nur einfach den Zustand einer Ansammlung von Staub und Schmutz, sondern umfasst er auch den Zustand eines vereinzelten Einbrennens des angesammelten Staubs und Schmutzes durch Laserlicht oder den Zustand einer Verschlechterung durch Ablösen eines an Spiegeln oder dergleichen ausgebildeten Dünnfilms.
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1 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung der Arten von Verschmutzungen eines externen optischen Systems. Das externe optische System umfasst, jedoch ohne Beschränkung darauf, eine Linse 1 zum Sammeln von Laserlicht an einer Werkstückoberfläche, und ein Fenster 2, das an einer äußersten Seite des externen optischen Systems angeordnet ist. Wenn von dem externen optischen System Laserlicht in einem Zustand ausgestrahlt wird, in dem die Brennpunktposition auf die Oberfläche einer Platte 15, die eine Öffnung S mit einem kleinen Durchmesser aufweist, eingestellt wurde und die optische Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser eingestellt wurde, passiert das Laserlicht bei Bestehen des Normalzustands, in dem weder die Linse 1 noch das Fenster 2 verschmutzt ist, die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser, ohne von der Platte 15 am Umfang der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser blockiert zu werden. Daher wird die Energiemenge des Laserlichts, die durch eine unter der Platte angeordnete Energiemengenmesseinheit 16 gemessen wird, maximal. Da im Gegensatz dazu die Brennpunktposition bei einer Linsenverschmutzung, bei der nur die Linse 1 verschmutzt ist, durch den thermischen Linseneffekt der Linse 1 nach oben (oder unten) wandert und das Laserlicht durch die Platte 15 am Umfang der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser blockiert wird, nimmt die durch die Energiemengenmesseinheit 16 gemessene Energiemenge des Laserlichts geringfügig ab. Da ferner bei einer Fensterverschmutzung, bei der nur das Fenster 2 verschmutzt ist, kein thermischer Linseneffekt auftritt und sich die Brennpunktposition nicht bewegt, wird das Laserlicht nicht durch die Platte 15 am Umfang der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser blockiert. Doch da das Fenster 2 das Laserlicht absorbiert, wenn an der Oberfläche des Fensters 2 eine dünne Ansammlung von Staub und Schmutz vorhanden ist, nimmt die durch die Energiemengenmesseinheit 16 gemessene Energiemenge des Laserlichts ab. Da das Fenster 2 das Laserlicht streut, wenn sich Staub und Schmutz vereinzelt an der Oberfläche des Fensters 2 eingebrannt haben, nimmt die durch die Energiemengenmesseinheit 16 gemessene Energiemenge des Laserlichts ebenfalls ab. Und wenn sowohl die Linse 1 als auch das Fenster 2 verschmutzt ist, wird die durch die Energiemengenmesseinheit 16 gemessene Energiemenge des Laserlichts minimal, da sich die Brennpunktposition durch den thermischen Linseneffekt der Linse 1 bewegt und das Laserlicht durch die Platte 15 am Umfang der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser blockiert wird, und das Laserlicht durch das Fenster 2 absorbiert oder gestreut wird.
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2 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Bewegung des Brennpunkts und der Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts je nach der Art der Verschmutzung zeigt. Wie oben erwähnt kommt es bei der mit der gestrichelten Linie gezeigten Linsenverschmutzung im Vergleich zu dem mit der durchgehenden Linie gezeigten Normalzustand zu einer Bewegung der Brennpunktposition und einer geringfügigen Abnahme der Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts. Bei der mit der einfach gepunktet gestrichelten Linie gezeigten Fensterverschmutzung bewegt sich zwar die Brennpunktposition nicht, doch nimmt die Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts ab. Bei der mit der doppelt gepunktet gestrichelten Linie gezeigten Linsen- und Fensterverschmutzung bewegt sich die Brennpunktposition und wird die Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts minimal. Außerdem wird bei einer Bewegung der Brennpunktposition durch eine Verschmutzung der Linse die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte am Umfang der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser absorbiert wurde, maximal. Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform reguliert die Brennpunktverschiebung unter Ausnutzung dieser physikalischen Erscheinungen, während sie durch einen Referenzwert, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurde, oder durch eine Kurve, die der Art und dem Grad der Verschmutzung des externen optischen Systems entspricht, eine Trennung zwischen einer Linsenverschmutzung und einer Fensterverschmutzung vornimmt.
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3 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst einen Laseroszillator 11, ein externes optisches System 12, um Laserlicht von dem Laseroszillator 11 zu leiten und auf der Oberfläche des Werkstücks zu sammeln, und eine numerische Steuervorrichtung 14, die die gesamte Laserbearbeitungsvorrichtung 10 steuert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Platte 15, die an der Außenseite eines Bearbeitungstischs angeordnet ist und eine Öffnung S mit einem kleinen Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm aufweist, eine Energiemengenmesseinheit 16, die die Energiemenge des durch die Platte 15 verlaufenen Laserlichts misst, und eine Laserlichtbeseitigungseinheit 17, die an einer von der Platte 15 verschiedenen Stelle angeordnet ist und Laserlicht beseitigen kann. Die Energiemengenmesseinheit 16 kann ein Thermoelement sein, das die Wärmemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts misst, oder kann auch ein Leistungssensor sein, der die Leistung des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts misst. Die Laserlichtbeseitigungseinheit 17 kann eine alumit-behandelte Aluminiumplatte sein, oder kann auch ein optisches System aus Spiegeln und dergleichen sein, das Laserlicht zu einer anderen Stelle reflektiert.
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4 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Antriebssteuereinheit 20, um die Brennpunktposition und die optische Achse des von dem externen optischen System 20 ausgestrahlten Laserlichts zu bewegen, eine Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21, die durch ein Programm, das durch eine integrierte Halbleiterschaltung wie eine ASIC oder eine FPGA oder dergleichen oder einen Computer ausführbar ist, gebildet ist und vor der Laserbearbeitung die Brennpunktverschiebung reguliert, und eine Speichereinheit 22, die verschiedene Daten speichert. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 umfasst eine Hochausgangsleistungsbefehlseinheit 30, die dem Laseroszillator 11 zum Erwärmen des externen optischen Systems 12 einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer wie für die Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung (beispielsweise 3500 W) zu der Laserlichtbeseitigungseinheit 17 erteilt, eine erste Antriebsbefehlseinheit 31, die der Antriebssteuereinheit 20 nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 einen Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 und einen Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser erteilt, und eine erste Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32, die den Laseroszillator 11 in einem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, (beispielsweise 50 W) erteilt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 umfasst ferner eine Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 33, die auf Basis eines ersten Messwerts, der durch die Energiemengenmesseinheit 16 im erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 gemessen wurde, und eines ersten Referenzwerts, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems in Bezug auf den ersten Messwert festgelegt wurde (beispielsweise 50 W im Normalzustand, 40 W bei einer Fensterverschmutzung, 35 W bei einer Linsenverschmutzung, 30 W bei einer Linsen- und einer Fensterverschmutzung) das Brennpunktbewegungsausmaß berechnet.
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6 ist eine Ansicht, die eine Datenbank D1 zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurden, gespeichert sind. Die Datenbank D1 enthält einen ersten Referenzwert für den Normalzustand (keine Verschmutzung), eine Fensterverschmutzung, eine Linsenverschmutzung und eine Linsen- und Fensterverschmutzung. Der erste Referenzwert kann die Energiemenge eines beliebigen aus dem Spannungswert, der Temperatur, der Leistung usw. sein. Wenn der im erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 gemessene erste Messwert zum Beispiel 36 W beträgt, berechnet die Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 33 die Brennpunktposition (beispielsweise 2 mm) unter Anwendung der in 3 erklärten Kurve für die Linsenverschmutzung, da der erste Messwert dem ersten Referenzwert für die Linsenverschmutzung (35 W) am nächsten kommt, und berechnet sie durch Bilden der Differenz zwischen der berechneten Brennpunktposition (beispielsweise 2 mm) und der zur Einstellung auf die Oberfläche der Platte 15 befohlenen Brennpunktposition (beispielsweise 1 mm) das Brennpunktbewegungsausmaß (beispielsweise +1 mm) . Unter erneuter Bezugnahme auf 4 umfasst die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 ferner eine Brennpunktpositionskorrektureinheit 34, die die Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung auf Basis des berechneten Brennpunktbewegungsausmaßes (beispielsweise 1 mm) korrigiert. Die Brennpunktpositionskorrektureinheit 34 korrigiert die Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung zum Beispiel im Fall einer Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung von 1 mm durch Verringern um das Brennpunktbewegungsausmaß von +1 mm auf 0 mm.
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7 ist eine Ansicht, die Bearbeitungsbedingungen im normalen Zustand und Bearbeitungsbedingungen (1) bis (3) nach der Korrektur zeigt. Diese Bearbeitungsbedingungen sind in der in 4 gezeigten Speichereinheit 22 gespeichert, was jedoch nicht dargestellt ist. Die Bearbeitungsbedingungen (1) zeigen einen Fall, in dem die Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung durch die oben beschriebene Brennpunktpositionskorrektureinheit 34 von 1 mm auf 0 mm korrigiert wurde. Die Bearbeitungsbedingungen (2) zeigen einen Fall, in dem die Ausgangsleistungsbedingung von 3000 W auf 3500 W reguliert wurde, was später besprochen werden wird. Die Bearbeitungsbedingungen (3) zeigen einen Fall, in dem die Brennpunktposition und die Ausgangsleistungsbedingung auf 0 mm sowie 3500 W reguliert wurden, was später besprochen werden wird.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 4 umfasst die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 ferner als nicht unbedingt erforderlichen Aufbau eine Korrekturausmaßbestimmungseinheit 35, die nach der Korrektur der Brennpunktposition durch erneutes Wiederholen des Vorgangs von der Verarbeitung zur Erwärmung des externen optischen Systems 12 bis zur Verarbeitung der Korrektur der Brennpunktposition bestimmt, ob das Korrekturausmaß korrekt ist. Da sich das Korrekturausmaß durch diese Wiederholung in einem hohen Maße dem Wert von 0 nähert, kann bestimmt werden, ob das Korrekturausmaß korrekt ist oder nicht. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 umfasst ferner als nicht unbedingt erforderlichen Aufbau eine Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36, die die Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung erhöht, wenn sich das Korrekturausmaß trotz dieser Wiederholung nicht 0 nähert. Wenn sich das Korrekturausmaß trotz dieser Wiederholung nicht 0 nähert, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass nicht nur die Linse, sondern auch das Fenster verschmutzt ist. Daher nähert die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36 das Korrekturausmaß durch Erhöhen der Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung an 0 an. Die Bearbeitungsbedingungen (3) nach der Korrektur der Brennpunktposition von 1 mm auf 0 mm und der Korrektur der Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung von 3000 W auf 3500 W sind wie oben erwähnt in 7 dargestellt.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 4 weist die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 ferner als nicht unbedingt erforderlichen Aufbau einen Aufbau auf, der eine Verschmutzung nur des Fensters 2 bestimmt. Konkret umfasst die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 eine zweite Antriebsbefehlseinheit 37, die der Antriebssteuereinheit 20 vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 einen Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 und einen Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser erteilt, eine zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 38, die dem Laseroszillator 11 vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 Watt), dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt, und eine Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 39, die auf Basis eines zweiten Messwerts, der im nicht erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 gemessen wurde, und eines vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegten zweiten Referenzwerts eine Verschmutzung des Fensters 2 in dem externen optischen System 12 bestimmt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 kann ferner eine Warneinheit 23 aufweisen, die eine Warnung vornimmt, wenn bestimmt wurde, dass das Fenster 2 in dem externen optischen System 12 verschmutzt ist. Die Warneinheit 23 kann eine Warnlampe sein, oder kann auch ein Monitor sein, der auf einem Bedienpanel eine Warnung anzeigt. Der erste Messwert, der erste Referenzwert, das Korrekturausmaß, der zweite Messwert und der zweite Referenzwert werden in der Speichereinheit 22 gespeichert.
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5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird die Verarbeitung zur Regulierung der Brennpunktverschiebung unter Bezugnahme auf 4 und 5 erklärt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 beginnt die Regulierung der Brennpunktverschiebung vor der Laserbearbeitung. In Schritt S10 erteilt die Hochausgangsleistungsbefehlseinheit 30 dem Laseroszillator 10 zum Erwärmen des externen optischen Systems 12 einen Befehl, Laserlicht mit einer wie für die Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung (beispielsweise 3500 W) zu der Laserlichtbeseitigungseinheit 17 auszustrahlen. In Schritt S11 erteilt die erste Antriebsbefehlseinheit 31 nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 der Antriebssteuereinheit 20 den Befehl, die Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 einzustellen, und den Befehl, die optische Achse auf das Zentrum der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser einzustellen. In Schritt S12 erteilt die erste Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32 in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, dem Laseroszillator 11 den Befehl, Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, (beispielsweise 50 Watt) auszustrahlen. In Schritt S13 misst die Energiemengenmesseinheit 16 die Energiemenge des Laserlichts, das in dem erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als ersten Messwert (beispielsweise 36 W). In Schritt S14 speichert die Speichereinheit 22 den ersten Messwert. In Schritt S15 berechnet die Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 33 auf Basis des ersten Messwerts (beispielsweise 36 W), der im erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 durch die Energiemengenmesseinheit 16 gemessen wurde, und auf Basis des ersten Referenzwerts, der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 in Bezug auf den ersten Messwert festgelegt wurde (beispielsweise 50 W im Normalzustand, 40 W bei einer Fensterverschmutzung, 35 W bei einer Linsenverschmutzung, 30 W bei einer Linsen- und einer Fensterverschmutzung), das Brennpunktbewegungsausmaß (beispielsweise +1 mm). In Schritt S16 nimmt die Brennpunktpositionskorrektureinheit 34 auf Basis des berechneten Brennpunktbewegungsausmaßes (beispielsweise +1 mm) eine Korrektur (beispielsweise 0 mm) der Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung (beispielsweise 1 mm) vor. In Schritt S17 und Schritt S18, die keine unbedingt erforderlichen Schritte darstellen, bestimmt die Korrekturausmaßbestimmungseinheit 35 durch erneutes Wiederholen der Verarbeitung von Schritt S10, in dem das externe optische System erwärmt wird, bis Schritt S16, in dem die Brennpunktposition korrigiert wird, ob das Korrekturausmaß korrekt ist oder nicht (das heißt, ob sich das Korrekturausmaß an 0 angenähert hat oder nicht. Wenn das Korrekturausmaß einen zulässigen Wert α (α ist ein Wert nahe an 0, wie beispielsweise 0,1) übersteigt (NEIN in Schritt S17), hat sich das Korrekturausmaß noch immer nicht an 0 angenähert, und erfolgt daher eine erneute Wiederholung von Schritt S10, in dem das externe optische System erwärmt wird, bis Schritt S16, in dem die Brennpunktposition korrigiert wird. Da ab einer zweiten Wiederholung die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass nicht nur die Linse verschmutzt ist, sondern auch das Fenster verschmutzt ist, kann die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36 in Schritt S18 die Ausgangsleistungsbedingung erhöhen (beispielsweise von 50 W auf 55 W regulieren). Dabei erhöht die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36 die Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung im Großen und Ganzen im gleichen Verhältnis (reguliert sie diese beispielsweise von 3000 W auf 3500 W). Wenn das Korrekturausmaß in Schritt S17 höchstens den zulässigen Wert α (beispielsweise 0,1 ) erreicht (JA in Schritt S17), ist das Korrekturausmaß korrekt und beginnt daher die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 in Schritt S19 mit der Laserbearbeitung. Bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung 10 kann die Brennpunktverschiebung vor der Laserbearbeitung je nach der Art und dem Grad der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 automatisch reguliert werden. Folglich kann der automatische Betrieb auch bei einer Verschmutzung des externen optischen Systems 12 fortgesetzt werden und die Zeit für die Reinigung oder den Austausch des optischen Systems hinausgeschoben werden.
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8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Ablauf zur Detektion einer Fensterverschmutzung nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Verarbeitung zur Detektion einer Fensterverschmutzung wird unter Bezugnahme auf 4 und 8 erklärt. Die Verarbeitung zur Detektion einer Fensterverschmutzung wird vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 vorgenommen, damit es nicht durch eine Linsenverschmutzung zu einem thermischen Linseneffekt kommt und sich die Brennpunktposition bewegt. Daher wird nach der Verarbeitung zur Detektion einer Fensterverschmutzung zu Schritt S10 in 5 zurückgekehrt und die Verarbeitung zur Detektion einer Linsenverschmutzung vorgenommen. Dadurch wird die Trennung oder Unterteilung in eine Linsenverschmutzung und eine Fensterverschmutzung noch genauer. In Schritt S20 erteilt die zweite Antriebsbefehlseinheit 37 vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 der Antriebssteuereinheit 20 den Befehl, die Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15, die die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser aufweist, einzustellen, und den Befehl, die optische Achse auf das Zentrum der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser einzustellen. In Schritt S21 erteilt die zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 38 vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 dem Laseroszillator 11 den Befehl, Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, (beispielsweise 50 Watt) auszustrahlen. In Schritt S22 misst die Energiemengenmesseinheit 16 die Energiemenge des Laserlichts, das im nicht erwärmten Zustand des externen optischen Systems durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als zweiten Messwert. In Schritt S23 speichert die Speichereinheit 22 den zweiten Messwert. In Schritt S24 beginnt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 39 mit der Bestimmung der Verschmutzung des Fensters 2. In Schritt S25 vergleicht die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 39 den zweiten Messwert (beispielsweise 43 W), der im nicht erwärmten Zustand des externen optischen Systems gemessen wurde, und den vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegten zweiten Referenzwert (beispielsweise 40 W). Wenn der zweite Messwert kleiner als der zweite Referenzwert ist (JA in Schritt S25), wird bestimmt, dass das Fenster verschmutzt ist, da die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem keinen Durchmesser verlaufen ist, in dem Zustand, in dem keine Veränderung der Brennpunktposition durch den thermischen Linseneffekt vorliegt, klein geworden ist. Daher meldet die Warneinheit 23 in Schritt S26 eine Verschmutzung des Fensters 2 und wird der Betreiber aufgefordert, das Fenster 2 zu reinigen. Wenn die Verschmutzung des Fensters 2 beseitigt werden konnte, wird zu Schritt S20 zurückgekehrt und die Verarbeitung zur Detektion einer Fensterverschmutzung wiederholt. Wenn die Verschmutzung des Fensters 2 nicht beseitigt werden kann, tauscht der Betreiber das Fenster 2 aus. Es ist auch möglich, dass die Warneinheit 23 in Schritt S26 eine Verschmutzung des Fensters meldet, aber nicht zu einer Wartung des Fensters aufgefordert wird, sondern die Ausgangsleistungsbedingung durch die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36 erhöht wird (beispielsweise von 50 W auf 55 W reguliert wird), zu Schritt S20 zurückgekehrt wird, und die Verarbeitung zur Detektion einer Fensterverschmutzung fortgesetzt wird. Dabei erhöht die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 36 die Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung im Großen und Ganzen im gleichen Verhältnis (reguliert sie diese beispielsweise von 3000 W auf 3500 W). Die Bearbeitungsbedingungen nach einer Korrektur nur der Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung von 3000 W zu 3500 W sind in der oben beschriebenen 7 gezeigt. Da durch diese Laserbearbeitungsvorrichtung 10 die Trennung oder Unterteilung in eine Fensterverschmutzung und eine Linsenverschmutzung noch genauer wird, kann die Brennpunktverschiebung durch eine Linsenverschmutzung noch genauer reguliert werden.
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9 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung 40 nach einer anderen Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 unterscheidet sich von dem Aufbau der durch 4 erklärten Laserbearbeitungsvorrichtung 10 darin, dass sie einen Aufbau aufweist, bei dem nicht nur die Energiemenge des Laserlichts, das bei Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als erster Messwert gemessen wird, sondern auch die Energiemenge des Laserlichts, das bei Einstellen der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Platte 10 durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, mehrmals als dritte Messwerte gemessen wird, eine Kurve je nach der Art und dem Grad der Verschmutzung, die den ersten Messwert und die dritten Messwerte enthält, erstellt wird, und das Brennpunktbewegungsausmaß aus der Kurve berechnet wird. Nachstehend wird der Aufbau, der sich von der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 unterscheidet, erklärt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 umfasst eine Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 41, die durch ein Programm, das durch eine integrierte Halbleiterschaltung wie eine ASIC oder eine FPGA oder dergleichen oder einen Computer ausführbar ist, gebildet ist und vor der Laserbearbeitung die Brennpunktverschiebung reguliert. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 41 umfasst eine dritte Antriebsbefehlseinheit 50, die einen Befehl zum Bewegen der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Platte 15 erteilt, eine dritte Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 51, die in einem Zustand, in dem die Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb eingestellt wurde, einen Befehl zum mehrmaligen Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W), dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt, eine Kurvenerstellungseinheit 52, die eine Kurve je nach der Art und dem Grad der Verschmutzung des externen optischen Systems, die den ersten Messwert, der im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 gemessen wurde, und die dritten Messwerte, die im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb gemessen wurden, enthält, erstellt, und eine Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 53, die aus der Kurve die Brennpunktposition berechnet und auf Basis des Unterschieds zwischen der berechneten Brennpunktposition und der zur Einstellung auf die Oberfläche der Platte 15 befohlenen Brennpunktposition das Bewegungsausmaß der Brennpunktposition berechnet. Die mehreren dritten Messwerte und die Kurve werden in der Speichereinheit 22 gespeichert. Der weitere Aufbau ist dem der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 gleich.
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10 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 40 nach der anderen Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird die Verarbeitung zur Regulierung der Brennpunktverschiebung unter Bezugnahme auf 9 und 10 erklärt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 41 beginnt vor der Laserbearbeitung die Verarbeitung zur Regulierung der Brennpunktverschiebung. Die Verarbeitung von Schritt S30 bis Schritt S34 ist der durch 5 erklärten Verarbeitung von Schritt S10 bis Schritt S14 der Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 gleich. In Schritt S35 erteilt die dritte Antriebsbefehlseinheit 50 in dem erwärmten Zustand des externen optischen Systems 12 den Befehl, die Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Oberfläche der Platte 15 zu bewegen. In Schritt S36 erteilt die dritte Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 51 den Befehl, im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb mehrmals Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W), dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, auszustrahlen. In Schritt S37 misst die Energiemengenmesseinheit 16 mehrmals die Energiemenge des Laserlichts, das im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als dritte Messwerte. In Schritt S38 werden die mehreren dritten Messwerte in der Speichereinheit 22 gespeichert. In Schritt S39 erstellt die Kurvenerstellungseinheit 52 eine Kurve je nach der Art und der Verschmutzung des externen optischen Systems, die den ersten Messwert, der im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte 15 gemessen wurde, und die dritten Messwerte, die im Zustand der Einstellung der Brennpunktposition auf oberhalb und unterhalb der Platte 15 gemessen wurden, enthält. In Schritt S40 berechnet die Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 53 aus der Kurve die Brennpunktposition, und berechnet sie auf Basis des Unterschieds zwischen der berechneten Brennpunktposition und der zur Einstellung auf die Oberfläche der Platte 15 befohlenen Brennpunktposition das Bewegungsausmaß der Brennpunktposition. Die Verarbeitung von Schritt S41 bis Schritt S44 ist der durch 5 erklärten Verarbeitung von Schritt S16 bis Schritt S19 gleich. Da die Brennpunktposition bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung 40 auf Basis der Kurve noch genauer berechnet werden kann, kann die Brennpunktverschiebung noch genauer reguliert werden. Folglich kann der automatische Betrieb auch bei einer Verschmutzung des externen optischen Systems 12 fortgesetzt werden und die Zeit für die Reinigung oder den Austausch des optischen Systems hinausgeschoben werden.
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11 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung 60 nach einer unterschiedlichen Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 unterscheidet sich von den Aufbauten der durch 4 und 9 erklärten Laserbearbeitungsvorrichtungen 10, 40 darin, dass sie eine erste Energiemengenmesseinheit 16, die die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als ersten Messwert misst, und eine zweite Energiemengenmesseinheit 13, die an der Unterseite der Platte 15 am Umfang der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser angeordnet ist und die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, als zweiten Messwert misst, umfasst und auf Basis des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts eine detaillierte Trennung zwischen einer Fensterverschmutzung und einer Linsenverschmutzung vornimmt. Die zweite Energiemengenmesseinheit 13 kann ein Thermoelement oder eine Thermosäule sein, das oder die die Wärmemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts misst, oder kann auch ein Leistungssensor sein, der die Leistung des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts misst. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 kann ferner auch ein nicht in der Zeichnung dargestelltes Abschirmelement umfassen, das zwischen der Platte 15 und der ersten Energiemengenmesseinheit 16 angeordnet ist und Reflexionslicht oder Abstrahlungswärme zu der Platte 15 abschirmt.
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12 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung 60 nach der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 umfasst eine Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61, die durch ein Programm, das durch eine integrierte Halbleiterschaltung wie eine ASIC oder eine FPGA oder dergleichen oder einen Computer ausführbar ist, gebildet ist und vor der Laserbearbeitung die Brennpunktverschiebung reguliert.
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Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 umfasst ferner eine Verschmutzungsbestimmungseinheit 70, die durch Vergleichen des ersten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und eines ersten Referenzwerts (beispielsweise 45 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurde, das Vorhandensein einer Verschmutzung des externen optischen Systems 12 bestimmt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 umfasst ferner eine Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 71, die durch Vergleichen des zweiten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, und eines zweiten Referenzwerts (beispielsweise 5 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde, eine Verschmutzung nur des Fensters 2 in dem externen optischen System 12 bestimmt, und eine Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 72, die im Fall einer geringen Verschmutzung des Fensters 2 die Ausgangsleistungsbedingung erhöht. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 umfasst ferner eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 73, die durch Vergleichen des ersten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und eines dritten Referenzwerts (beispielsweise 42 W) , der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde und niedriger als der erste Referenzwert ist, eine Verschmutzung nur der Linse 1 in dem externen optischen System 12 bestimmt, und eine Brennpunktbewegungsausmaßberechnungseinheit 74, die im Fall einer Bestimmung, dass nur die Linse 1 verschmutzt ist, auf Basis des zweiten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, eines vierten Referenzwerts (beispielsweise 1 W bis 8 W), der vorab je nach dem Verschmutzungsgrad des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde, und eines dem vierten Referenzwert entsprechend festgelegten Brennpunktbewegungsausmaßes (beispielsweise 0,3 mm bis 12 mm) das Brennpunktbewegungsausmaß berechnet. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 umfasst ferner eine Fensterabsorptions/streuungsbestimmungseinheit 75, die durch Vergleichen des zweiten Messwerts, der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, und eines fünften Referenzwerts (beispielsweise 7 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde und höher als der zweite Referenzwert (beispielsweise 5 W) ist, die Absorption oder die Streuung des Laserlichts durch die Verschmutzung des Fensters 2 bestimmt. Der erste Messwert, der zweite Messwert und der erste Referenzwert bis fünfte Referenzwert werden in der Speichereinheit 22 gespeichert.
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14 ist eine Ansicht, die eine Datenbank D2 zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems festgelegt wurden, gespeichert sind. Die Datenbank D2 weist in Bezug auf die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, einen ersten Referenzwert (beispielsweise 45 W) zur Bestimmung des Vorhandenseins einer Verschmutzung des externen optischen Systems und einen Referenzwert (beispielsweise 42 W) zur Bestimmung einer Verschmutzung nur der Linse 1 auf. Außerdem weist die Datenbank D2 in Bezug auf die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, einen zweiten Referenzwert (beispielsweise 5 W) zur Bestimmung einer Verschmutzung nur des Fensters 2 und einen fünften Referenzwert (beispielsweise 7 W) zur Bestimmung der Absorption oder der Streuung des Laserlichts durch die Verschmutzung des Fensters 2 auf.
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15 ist eine Ansicht, die eine Datenbank D3 zeigt, in der Referenzwerte, die vorab je nach dem Verschmutzungsgrad des externen optischen Systems 12 in Bezug auf die Energiemenge des durch die Platte absorbierten Laserlichts festgelegt wurden, und mit diesen Referenzwerten in Zusammenhang gebrachte Brennpunktbewegungsausmaße gespeichert sind. Die Datenbank D3 weist vierte Referenzwerte (beispielsweise 1 W bis 8 W), die vorab dem Verschmutzungsgrad des optischen Systems 12 entsprechend festgelegt wurden, und Brennpunktbewegungsausmaße (beispielsweise 0,3 mm bis 12 mm), die vorab diesen vierten Referenzwerten entsprechend festgelegt wurden, auf.
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13 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 60 nach der unterschiedlichen Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird der Ablauf der Regulierung der Brennpunktverschiebung unter Bezugnahme auf 12 und 13 erklärt. Die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 beginnt vor der Laserbearbeitung die Regulierung der Brennpunktverschiebung. Die Verarbeitung von Schritt S40 bis Schritt S42 ist der durch 5 erklärten Verarbeitung von Schritt S10 bis Schritt S12 der Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 21 gleich. In Schritt S43 misst die erste Energiemengenmesseinheit 16 die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, als ersten Messwert. In Schritt S44 speichert die Speichereinheit 22 den ersten Messwert (M1) . In Schritt S45 misst die zweite Energiemengenmesseinheit 13 die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde. In Schritt S46 speichert die Speichereinheit 22 den zweiten Messwert (M2).
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In Schritt S47 bestimmt die Verschmutzungsbestimmungseinheit 70 durch Vergleichen des ersten Messwerts (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und des ersten Referenzwerts (beispielsweise 45 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde, das Vorhandensein einer Verschmutzung des externen optischen Systems 12. Wenn in Schritt S47 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, wenigstens den ersten Referenzwert (beispielsweise 45 W) beträgt (NEIN in Schritt S47), wird bestimmt, dass keine Verschmutzung des externen optischen Systems vorhanden ist, und beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 in Schritt S52 mit der Laserbearbeitung, ohne die Brennpunktposition zu korrigieren. Wenn in Schritt S47 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, geringer als der erste Referenzwert (beispielsweise 45 W) ist (JA in Schritt S47), wird bestimmt, dass eine Verschmutzung des externen optischen Sytems vorhanden ist, und wird zu Schritt S48 übergegangen.
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In Schritt S48 bestimmt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 71 durch Vergleichen des zweiten Messwerts (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, und des vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegten zweiten Referenzwerts (beispielsweise 5 W), eine Verschmutzung nur des Fensters 2 in dem externen optischen System. Wenn in Schritt S48 der zweite Messwerts (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, höchstens den zweiten Referenzwert (beispielsweise 5 W) beträgt (JA in Schritt S48), wird bestimmt, das nur das Fenster 2 verschmutzt ist, und wird zu Schritt S49 übergegangen. In Schritt S49 bestimmt eine nicht dargestellte Fensterverschmutzungsausmaßbestimmungseinheit durch Vergleichen des ersten Messwerts (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und des dritten Referenzwerts (beispielsweise 42 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde und niedriger als der erste Referenzwert ist, das Ausmaß der Verschmutzung des Fensters 2 in dem externen optischen System. Es versteht sich, dass die Fensterverschmutzungsausmaßbestimmungseinheit kein unbedingt erforderlicher Aufbau ist. Wenn in Schritt S49 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, kleiner als der dritte Referenzwert (beispielsweise 42 W) ist (JA in Schritt S49), wird bestimmt, dass die Verschmutzung des Fensters 2 stark ist, und meldet die Warneinheit 23 in Schritt S50, dass das Fenster 2 ausgetauscht werden soll. Wenn in Schritt S49 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, wenigstens den dritten Referenzwert (beispielsweise 42 W) beträgt (NEIN in Schritt S49), wird bestimmt, dass die Verschmutzung gering ist, und erhöht die Ausgangsleistungsbedingungsregulierungseinheit 72 in Schritt S51 die Ausgangsleistungsbedingung zur Zeit der Laserbearbeitung. Anschließend beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 in Schritt S52 die Laserbearbeitung bei der regulierten Ausgangsleistungsbedingung.
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Wenn in Schritt S48 der zweite Messwert (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, größer als der zweite Referenzwert (beispielsweise 5 W) ist (NEIN in Schritt S48), wird bestimmt, dass die Linse 1 verschmutzt ist, und wird zu Schritt S53 übergegangen. In Schritt S53 bestimmt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 73 durch Vergleichen des ersten Messwerts (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, und des dritten Referenzwerts (beispielsweise 42 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde und niedriger als der erste Referenzwert ist, eine Verschmutzung nur der Linse 1 in dem externen optischen System 12. Wenn in Schritt S53 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, wenigstens den dritten Referenzwert (beispielsweise 42 W) beträgt (JA in Schritt S53), wird bestimmt, dass nur die Linse 1 verschmutzt ist, und zu Schritt S54, in dem die Brennpunktposition reguliert wird, übergegangen. In Schritt S54 berechnet die Brennpunktausmaßbewegungseinheit 74 auf Basis des zweiten Messwerts (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, des vierten Referenzwerts (beispielsweise 1 W bis 8 W), der vorab je nach dem Verschmutzungsgrad des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde, und des dem vierten Referenzwert entsprechend festgelegten Brennpunktbewegungsausmaßes (beispielsweise 0,3 mm bis 12 mm) das Brennpunktbewegungsausmaß (beispielsweise +1 mm), und korrigiert sie die Brennpunktpositionskorrektureinheit 34 die Brennpunktposition zur Zeit der Laserbearbeitung (beispielsweise 1 mm) auf Basis des berechneten Brennpunktbewegungsausmaßes (beispielsweise +1 mm). Anschließend wird zu Schritt S40, in dem das externe optische System 12 erneut erwärmt wird, zurückgekehrt, und wiederholt die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 die Verarbeitung zur Regulierung der Brennpunktverschiebung erneut. Wenn dadurch das Korrekturausmaß korrekt ist, wird in Schritt S47 bestimmt, dass keine Verschmutzung des externen optischen Systems 12 besteht (NEIN in Schritt S47), und beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 60 auf Basis der korrigierten Brennpunktposition mit der Laserbearbeitung.
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Wenn in Schritt S53 der erste Messwert (M1), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, darstellt, geringer als der dritte Referenzwert (beispielsweise 42 W) ist (NEIN in Schritt S53), wird zu Schritt S55 übergegangen. In Schritt S55 bestimmt die Fensterabsorptions/streuungsbestimmungseinheit 75 durch Vergleichen des zweiten Messwerts (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, und des fünften Referenzwerts (beispielsweise 7 W), der vorab je nach der Art der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 festgelegt wurde und höher als der zweite Referenzwert ist, die Absorption oder Streuung des Laserlichts durch die Verschmutzung des Fensters 2. Wenn in Schritt S55 der zweite Messwert (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, wenigstens den fünften Referenzwert (beispielsweise 7 W) beträgt (NEIN in Schritt S55), wird bestimmt, dass das Laserlicht durch die Verschmutzung des Fensters 2 gestreut wird, und meldet die Warneinheit 23 in Schritt S56 eine Verschmutzung der Linse 1 und eine Streuung durch das Fenster 2. Da bei einer Streuung durch das Fenster 2 die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass Staub und Schmutz in das Fenster 2 eingebrannt ist, wird der Betreiber aufgefordert, das Fenster 2 zu überprüfen und bei Vorhandensein einer Verschmutzung das Fenster 2 auszutauschen, und bei Nichtvorhandensein einer Verschmutzung aufgefordert, die Linse 1 zu überprüfen. Wenn in Schritt S55 der zweite Messwert (M2), der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 absorbiert wurde, darstellt, geringer als der fünfte Referenzwert (beispielsweise 7 W) ist (JA in Schritt S55), wird bestimmt, dass das Laserlicht durch die Verschmutzung des Fensters 2 absorbiert wird, und meldet die Warneinheit 23 in Schritt S57 eine Verschmutzung der Linse 1 und eine Absorption durch das Fenster 2. Da bei einer Absorption durch das Fenster 2 die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass sich Staub und Schmutz an der Oberfläche des Fensters 2 angesammelt haben, wird der Betreiber aufgefordert, das Fenster 2 zu überprüfen und bei Vorhandensein einer Verschmutzung das Fenster 2 zu reinigen, und bei Nichtvorhandensein einer Verschmutzung aufgefordert, die Linse 1 zu überprüfen. Nach dem Abschluss des Austauschs oder der Reinigung des Fensters 2 und der Überprüfung der Linse 1 beginnt die Brennpunktverschiebungsregulierungseinheit 61 vor der Laserbearbeitung erneut eine Regulierung der Brennpunktverschiebung. Durch diese Laserbearbeitungsvorrichtung 60 kann die Brennpunktverschiebung vor einer Laserbearbeitung automatisch je nach der Art und dem Grad der Verschmutzung des externen optischen Systems 12 reguliert werden. Folglich kann der automatische Betrieb auch bei einer Verschmutzung des externen optischen Systems 12 fortgesetzt werden und die Zeit für die Reinigung oder den Austausch des optischen Systems hinausgeschoben werden.
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Das durch einen Computer ausführbare Programm bei den oben beschriebenen Ausführungsformen kann auf ein computerlesbares nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium, eine CD-ROM oder dergleichen aufgezeichnet bereitgestellt werden. In der vorliegenden Beschreibung wurden verschiedene Ausführungsformen erklärt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es versteht sich, dass innerhalb des Umfangs, der in den nachstehenden Patenansprüchen angegeben ist, verschiedene Änderungen vorgenommen werden können.
