DE102018119902A1

DE102018119902A1 - Laserbearbeitungsvorrichtung, die vor einer Laserbearbeitung eine Detektion der Verschmutzung des optischen Systems vornimmt

Info

Publication number: DE102018119902A1
Application number: DE102018119902.3A
Authority: DE
Inventors: Takashi Izumi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-08-23
Filing date: 2018-08-16
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2038-08-17
Also published as: JP2019037999A; CN109420841B; US20190061066A1; DE102018119902B4; CN109420841A; JP6553688B2; US10556295B2

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Verschmutzungsbestimmungseinheit, die vor einer Laserbearbeitung eine Verschmutzung eines externen optischen Systems bestimmt, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit die Verschmutzung einer Linse in dem externen optischen System auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch eine Energiemengenmesseinheit in einem Zustand, in dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit in einem Zustand, in dem das externe optische System erwärmt wurde, gemessen wurde, bestimmt.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung, und betrifft insbesondere eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die vor einer Laserbearbeitung eine Detektion der Verschmutzung des optischen Systems vornimmt.
Beschreibung des Stands der Technik
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 bewegt sich die Brennpunktposition. Je nach der Weise der Verschmutzung wird auch die Durchlässigkeit des externen optischen Systems verändert. 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.
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.
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.
Kurzdarstellung der Erfindung
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.
Daher wird eine Technik gewünscht, wodurch eine Verschmutzung des externen optischen Systems mittels eines Aufbaus, der nachträglich an einer bereits vorhandenen Laserbearbeitungsvorrichtung eingerichtet werden kann, vor einer Laserbearbeitung automatisch erfasst werden kann.
Eine Form der vorliegenden Offenbarung stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die nach einer Detektion der Verschmutzung eines optischen Systems eine Laserbearbeitung eines Werkstücks vornimmt, bereit, die einen Laseroszillator; ein externes optisches System, um Laserlicht von dem Laseroszillator zu leiten und auf einer Oberfläche des Werkstücks zu sammeln; eine Antriebssteuereinheit, um eine Brennpunktposition und eine optische Achse des von dem externen optischen System ausstrahlenden Laserlichts zu bewegen; eine Kühlungssteuereinheit, die die Kühlung des externen optischen Systems steuert; eine Platte, die eine Öffnung mit einem kleinen Durchmesser aufweist und Laserlicht absorbieren kann; eine Energiemengenmesseinheit, die die Energiemenge des durch die Platte absorbieren Laserlichts misst; eine Laserlichtbeseitigungseinheit, die durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenes Laserlicht beseitigen kann; und eine Verschmutzungsbestimmungseinheit, die vor der Laserbearbeitung die Verschmutzung des externen optischen Systems bestimmt, umfasst, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit eine Kühlungsanhaltebefehlseinheit, die der Kühlungssteuereinheit einen Befehl zum Anhalten der Kühlung des externen optischen Systems erteilt; eine Antriebsbefehlseinheit, die der Antriebssteuereinheit einen Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte und einen Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt; eine Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit, die dem Laseroszillator einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; und eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit, die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit innerhalb eines Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit innerhalb eines Zeitraums des Ablaufs einer bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems gemessen wurde, die Verschmutzung einer Linse in dem externen optischen System bestimmt, aufweist.
Eine zweite Form der vorliegenden Offenbarung stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die nach einer Detektion der Verschmutzung eines optischen Systems eine Laserbearbeitung eines Werkstücks vornimmt, bereit, die einen Laseroszillator; ein externes optisches System, um Laserlicht von dem Laseroszillator zu leiten und auf einer Oberfläche des Werkstücks zu sammeln; eine Antriebssteuereinheit, um eine Brennpunktposition und eine optische Achse des von dem externen optischen System ausstrahlenden Laserlichts zu bewegen; eine Platte, die eine Öffnung mit einem kleinen Durchmesser aufweist; eine Energiemengenmesseinheit, die die Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts misst; eine Laserlichtbeseitigungseinheit, die an einer von der Platte verschiedenen Stelle angeordnet ist und Laserlicht beseitigen kann; und eine Verschmutzungsbestimmungseinheit, die vor der Laserbearbeitung die Verschmutzung des externen optischen Systems bestimmt, umfasst, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit eine erste Antriebsbefehlseinheit, die der Antriebssteuereinheit vor dem Erwärmen des externen optischen System einen Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte und einen Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt; eine erste Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit, die dem Laseroszillator einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; eine Hochausgangsleistungsbefehlseinheit, die dem Laseroszillator zum Erwärmen des externen optischen Systems einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer wie für die Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung zu der Laserlichtbeseitigungseinheit erteilt; eine zweite Antriebsbefehlseinheit, die der Antriebssteuereinheit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems einen Befehl zum Einstellen der Brennpunktposition auf die Oberfläche der Platte und einen Befehl zum Einstellen der optischen Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser erteilt; eine zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit, die dem Laseroszillator in einem Zustand, in dem das externe optische System erwärmt ist, einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; und eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit, die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit in einem Zustand, in dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit in einem Zustand, in dem das externe optische System erwärmt wurde, gemessen wurde, die Verschmutzung einer Linse in dem externen optischen System bestimmt, aufweist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht zur Erklärung des Verschmutzungsgrads 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 dem Verschmutzungsgrad 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 schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform zeigt.
7 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der anderen Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der anderen Ausführungsform zeigt.
9 ist eine Schrägansicht einer Platte, die den Durchmesser der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser nach einer Ausführungsform zeigt.
10 ist eine Schrägansicht einer Platte, die die Dicke der Platte nach der Ausführungsform zeigt.
11 ist eine Schnittansicht einer Platte, die eine konisch geformte Öffnung mit einem kleinen Durchmesser nach einer anderen Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Erklärung
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.
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.
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 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 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 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.
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. Bei der mit der einfach gepunktet gestrichelten Linie gezeigten Fensterverschmutzung bewegt sich zwar die Brennpunktposition nicht, doch nimmt die Energiemenge ab. Bei der mit der doppelt gepunktet gestrichelten Linie gezeigten Linsen- und Fensterverschmutzung bewegt sich die Brennpunktposition und wird die Energiemenge minimal. Da in einem Zustand, in dem das externe optische System durch Laserlicht mit einer für eine Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung erwärmt ist, ein thermischer Linseneffekt auftritt und sich die Brennpunktposition bewegt, aber in einem Zustand, in dem das externe optische System nicht erwärmt ist, selbst bei einer Verschmutzung der Linse kein thermischer Linseneffekt auftritt und sich die Brennpunktposition nicht bewegt, kann durch Vergleichen der Energiemenge des Laserlichts in diesen beiden Zuständen eine Verschmutzung der Linse detektiert werden, bevor die Laserbearbeitung erfolgt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform detektiert die Verschmutzung des externen optischen Systems unter Ausnutzung dieser physikalischen Erscheinung.
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, eine Kühlungssteuereinheit 13, die die Kühlung des externen optischen Systems 12 durch eine Wasserkühlung oder eine Luftkühlung steuert, und eine numerische Steuervorrichtung 14, die die gesamte Laserbearbeitungsvorrichtung 10 steuert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Platte 15 aus Aluminium, die an der Außenseite eines Bearbeitungstischs angeordnet ist, eine Öffnung S mit einem kleinen Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm aufweist, und alumit-behandelt ist, um Laserlicht zu absorbieren, eine Energiemengenmesseinheit 16, die an der Unterseite der Platte 15 an dem Umfang der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser angeordnet ist und die Energiemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts misst, und eine Laserlichtbeseitigungseinheit 17, die das durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufene Laserlicht beseitigt, damit Reflexionslicht oder Abstrahlungslicht des Laserlichts, das durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, nicht zu der Platte 15 zurückkehrt. Die Energiemengenmesseinheit 16 kann ein ringförmiges Thermoelement sein, das 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 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, damit das Laserlicht, das durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, nicht zu der Platte 15 zurückkehrt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner vorzugsweise ein Abschirmelement 18, das zwischen der Platte 15 und der Laserlichtbeseitigungseinheit 17 angeordnet ist und Reflexionslicht oder Abstrahlungswärme von der Laserlichtbeseitigungseinheit 17 abschirmt.
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 Verschmutzungsbestimmungseinheit 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 Verschmutzung des externen optischen Systems 12 bestimmt, und eine Speichereinheit 22, die verschiedene Daten speichert. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 umfasst eine Kühlungsanhaltebefehlseinheit 30, die der Kühlungssteuereinheit 13 einen Befehl zum Anhalten der Kühlung erteilt, eine Antriebsbefehlseinheit, die der Antriebssteuereinheit 20 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 Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32, die dem Laseroszillator 11 einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W), dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 umfasst ferner eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 33, die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit 16 innerhalb eines Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System nicht erwärmt ist, (beispielsweise nach 5 Sekunden ab dem Beginn der Laserausstrahlung) gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit 16 innerhalb eines Zeitraums des Ablaufs einer bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems (beispielsweise nach 120 Sekunden ab dem Beginn der Laserausstrahlung) gemessen wurde, die Verschmutzung der Linse 1 in dem externen optischen System 12 bestimmt. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 kann ferner auch eine Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34, die auf Basis des ersten Messwerts und eines vorab in Bezug auf den ersten Messwert festgelegten Referenzwerts die Verschmutzung des Fensters 2 in dem externen optischen System 12 bestimmt, umfassen, doch stellt dies keinen unbedingt notwendigen Aufbau dar. Der erste Messwert, der zweite Messwert und der Referenzwert werden in der Speichereinheit 22 gespeichert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 weist ferner eine Warneinheit 35 auf, die eine Warnung vornimmt, wenn durch die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 33 oder die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34 bestimmt wurde, dass das externe optische System 12 verschmutzt ist. Die Warneinheit 35 kann eine Warnlampe sein, oder kann auch ein Monitor sein, der auf einem Bedienpanel eine Warnung anzeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 nach der Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 die Verarbeitung zur Bestimmung der Verschmutzung des externen optischen Systems erklärt. Wenn die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 vor der Laserbearbeitung mit der Bestimmung der Verschmutzung beginnt, erteilt die Kühlungsanhaltebefehlseinheit 30 der Kühlungssteuereinheit 13 in Schritt S10 den Befehl, die Kühlung anzuhalten, damit das externe optische System 12 durch ein vergleichsweise langes Ausstrahlen von Laserlicht, das eine niedrige Ausgangsleistung aufweist, erwärmt wird. In Schritt S11 erteilt die Antriebsbefehlseinheit 31 der Antriebssteuereinheit 20 den Befehl, den Brennpunkt auf die Oberfläche der Platte 15 einzustellen, und den Befehl, die optische Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser einzustellen. In Schritt S12 erteilt die Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32 dem Laseroszillator 11 den Befehl, Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W für 5 Sekunden) auszustrahlen. In Schritt S13 misst die Energiemengenmesseinheit 16 die Energiemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts als ersten Messwert (beispielsweise 5 W). In Schritt S14 speichert die Speichereinheit 22 den ersten Messwert. In Schritt S15 beginnt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34 mit der Bestimmung der Verschmutzung des Fensters 2. In Schritt S16 vergleicht die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34 den ersten Messwert und den vorab in Bezug auf den ersten Messwert festgelegten Referenzwert (beispielsweise 5 W). Wenn der erste Messwert, der innerhalb des Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessen wurde, größer als der Referenzwert ist (JA in Schritt S16), ist die Energiemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts größer als im Normalzustand, und bestimmt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34 daher, dass das Laserlicht durch eine Verschmutzung des Fensters 2 gestreut und in der Platte 15 absorbiert wird. Daher meldet die Warneinheit 35 in Schritt S17 eine Streuung des Laserlichts durch das Fenster 2 und wird der Betreiber aufgefordert, das Fenster auszutauschen. Wenn der innerhalb des Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessene erste Messwert in Schritt S16 höchstens den Referenzwert beträgt (NEIN in Schritt S16), wird durch die Platte 15 kein Laserlicht absorbiert und bestimmt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 34 daher, dass keine Verschmutzung des Fensters 2 vorliegt. Die Schritte S15 bis S17, in denen die Verschmutzung des Fensters bestimmt wird, stellen keine unbedingt notwendige Verarbeitung dar.
In Schritt S18 erteilt die Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32 dem Laseroszillator 11 den Befehl, Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W für 120 Sekunden) auszustrahlen. Die Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 32 kann aber auch einen Befehl erteilen, die Ausstrahlung von Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung von Schritt S12 bis Schritt S18 (das heißt, bis sich das externe optische System 12 erwärmt) fortzusetzen. In Schritt S19 misst die Energiemengenmesseinheit 16 die Energiemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts als zweiten Messwert (beispielsweise 7 W). In Schritt S20 speichert die Speichereinheit 22 den zweiten Messwert. In Schritt S21 beginnt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 33 mit der Bestimmung der Verschmutzung der Linse 1, und vergleicht sie den ersten Messwert, der innerhalb des Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und den zweiten Messwert, der innerhalb des Zeitraums des Ablaufs der bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 gemessen wurde. Wenn das Verhältnis (oder der Unterschied) zwischen dem ersten Messwert, der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das innerhalb des Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, durch die Platte 15 absorbiert wurde, (beispielsweise 5 W) und dem zweiten Messwert, der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das innerhalb des Zeitraums des Ablaufs der bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 durch die Platte 15 absorbiert wurde, (beispielsweise 7 W) größer als eine vorab festgelegte zulässige Veränderungsrate α (oder ein zulässiges Veränderungsausmaß, beispielsweise 0,8) ist (JA in Schritt S21), ist die durch die Platte 15 absorbierte Energiemenge über den Normalzustand angestiegen und bestimmt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 33 daher, dass durch die Verschmutzung der Linse 1 ein thermischer Linseneffekt auftritt und die Brennpunktposition nach oben oder nach unten verschoben ist. Daher meldet die Warneinheit 35 in Schritt S22 eine Verschmutzung der Linse 1 und wird der Betreiber aufgefordert, die Linse 1 zu warten. Wenn in Schritt S21 das Verhältnis (oder der Unterschied) zwischen dem ersten Messwert, der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das innerhalb des Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, durch die Platte 15 absorbiert wurde, und dem zweiten Messwert, der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das innerhalb des Zeitraums des Ablaufs der bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 durch die Platte 15 absorbiert wurde, höchstens die vorab festgelegte zulässige Veränderungsrate (oder das zulässige Veränderungsausmaß beträgt (NEIN in Schritt S21), hat sich die durch die Platte 15 absorbierte Energiemenge verglichen mit dem Normalzustand im Großen und Ganzen nicht verändert und bestimmt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 33 daher, dass keine Verschmutzung der Linse 1 vorliegt. Daher beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 in Schritt S23 mit der Laserbearbeitung. Bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung 10 kann eine Verschmutzung des externen optischen Systems 12 mittels eines Aufbaus, der nachträglich an einer bereits vorhandenen Laserbearbeitungsvorrichtung eingerichtet werden kann, vor einer Laserbearbeitung automatisch detektiert werden. Daher wird es möglich, eine Wartung des externen optischen Systems 12 vorzunehmen, ohne eine große Menge an Bearbeitungsmängeln zu erzeugen.
6 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung 40 nach einer anderen Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 unterscheidet sich im Aufbau zum Erwärmen des externen optischen Systems und in der Stelle, an der die Energiemenge des Laserlichts gemessen wird, von der Laserbearbeitungsvorrichtung 10. Das heißt, im Gegensatz zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 10, bei der das externe optische System durch Anhalten der Kühlung des externen optischen Systems 12 und Ausstrahlen von Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung für eine bestimmte Zeit erwärmt wird, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 eine Laserlichtbeseitigungseinheit 41, die Laserlicht an einer von der Platte 15 verschiedenen Stelle beseitigen kann, und wird das externe optische System durch Ausstrahlen von Laserlicht mit einer hohen Ausgangsleistung zu der Laserlichtbeseitigungseinheit 41 erwärmt. Und im Gegensatz zu der Laserbearbeitungsvorrichtung 10, bei der die Energiemenge des Laserlichts, das durch die Platte 15 mit der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser absorbiert wurde, gemessen wird, wird bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 40 nicht die Energiemenge des durch die Platte 15 absorbierten Laserlichts gemessen, sondern die Energiemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts gemessen.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 umfasst den Laseroszillator 11, das externe optische System 12, um Laserlicht von dem Laseroszillator zu leiten und auf der Oberfläche des Werkstücks zu sammeln, und die numerische Steuereinheit 14, die die gesamte Laserbearbeitungsvorrichtung 40 steuert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 umfasst ferner die Platte 15, die an der Außenseite eines Bearbeitungstischs angeordnet ist und die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser von beispielsweise 0,5 mm aufweist, eine Energiemengenmesseinheit 42, die die Energiemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts misst, und die Laserlichtbeseitigungseinheit 41, die an einer von der Platte 15 verschiedenen Stelle angeordnet ist und Laserlicht beseitigen kann. Die Energiemengenmesseinheit 42 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 41 kann eine alumit-behandelte Aluminiumplatte sein, oder kann auch ein optisches System aus Spiegeln und dergleichen sein, das Laserlicht zu einer anderen Stelle reflektiert.
7 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Laserbearbeitungsvorrichtung 40 nach der anderen Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 umfasst ferner die Antriebssteuereinheit 20, um die Brennpunktposition und die optische Achse des von dem externen optischen System 20 ausgestrahlten Laserlichts zu bewegen, eine Verschmutzungsbestimmungseinheit 43, 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 Verschmutzung des externen optischen Systems 12 bestimmt, und die Speichereinheit 22, die verschiedene Daten speichert. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 umfasst eine erste Antriebsbefehlseinheit 50, die der Antriebssteuereinheit 20 vor dem Erwärmen des externen optischen System 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 51, die dem Laseroszillator 11 einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 Watt), dass das externe optische System 12 nicht erwärmt wird und die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 umfasst ferner eine Hochausgangsleistungsbefehlseinheit 52, 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 41 erteilt, eine zweite Antriebsbefehlseinheit 53, 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 zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 54, die dem 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, erteilt. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 umfasst ferner eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 55, die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit 42 in einem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit 42 in einem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt ist, gemessen wurde, die Verschmutzung der Linse 1 in dem externen optischen System 12 bestimmt. Die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 kann ferner auch eine Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56, die auf Basis des ersten Messwerts und eines vorab in Bezug auf den ersten Messwert festgelegten Referenzwerts die Verschmutzung des Fensters 2 in dem externen optischen System 12 bestimmt, umfassen, doch stellt dies keinen unbedingt notwendigen Aufbau dar. Der erste Messwert, der zweite Messwert und der Referenzwert werden in der Speichereinheit 22 gespeichert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 weist ferner eine Warneinheit 35 auf, die eine Warnung vornimmt, wenn durch die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 55 oder die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56 bestimmt wurde, dass das externe optische System 12 verschmutzt ist. Die Warneinheit 35 kann eine Warnlampe sein, oder kann auch ein Monitor sein, der auf einem Bedienpanel eine Warnung anzeigt.
8 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der anderen Ausführungsform zeigt. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf 7 und 8 die Verarbeitung zur Bestimmung der Verschmutzung des externen optischen Systems erklärt. Wenn die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 vor der Laserbearbeitung mit der Bestimmung der Verschmutzung beginnt, erteilt die erste Antriebsbefehlseinheit 50 der Antriebssteuereinheit 20 in Schritt S20 vor dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 den Befehl, den Brennpunkt auf die Oberfläche der Platte 15 einzustellen, und den Befehl, die optische Achse des Laserlichts auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser einzustellen. In Schritt S21 erteilt die erste Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 51 dem Laseroszillator 11 den Befehl, Laserlicht mit einer niedrigen Ausgangsleistung (beispielsweise 50 W) auszustrahlen. In Schritt S22 misst die Energiemengenmesseinheit 42 die Energiemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts als ersten Messwert (beispielsweise 40 W). In Schritt S23 speichert die Speichereinheit 22 den ersten Messwert. In Schritt S24 beginnt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56 mit der Bestimmung der Verschmutzung des Fensters 2. In Schritt S25 vergleicht die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56 den ersten Messwert und den vorab in Bezug auf den ersten Messwert festgelegten Referenzwert (beispielsweise 45 W). Wenn der erste Messwert, der in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, gemessen wurde, kleiner als der Referenzwert ist (JA in Schritt S25), ist die Energiemenge des durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts geringer als im Normalzustand, und bestimmt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56 daher, dass das Laserlicht durch eine Verschmutzung des Fensters 2 absorbiert oder gestreut wird. Daher meldet die Warneinheit 35 in Schritt S26 eine Verschmutzung des Fensters 2 und wird der Betreiber aufgefordert, das Fenster zu reinigen. Wenn die Verschmutzung durch Vornehmen einer Reinigung des Fensters 2 durch den Betreiber beseitigt werden konnte, beginnt die Verschmutzungsbestimmungseinheit 43 erneut mit der Bestimmung der Verschmutzung. Wenn die Verschmutzung trotz Vornehmen einer Reinigung des Fensters 2 durch den Betreiber nicht beseitigt werden kann, wird ein Austausch des Fensters 2 vorgenommen. Wenn der erste Messwert, der in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, gemessen wurde, in Schritt S25 wenigstens den Referenzwert beträgt (NEIN in Schritt S25), hat sich die Energiemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts nicht verringert und bestimmt die Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit 56 daher, dass keine Verschmutzung des Fensters 2 vorliegt. Die Schritte S24 bis S26, in denen die Verschmutzung des Fensters bestimmt wird, stellen keine unbedingt erforderliche Verarbeitung dar.
In Schritt S27 erteilt die Hochausgangsleistungsbefehlseinheit 52 dem Laseroszillator 11 zum Erwärmen des externen optischen Systems 12 den Befehl, Laserlicht mit einer wie für die Laserbearbeitung verwendeten hohen Ausgangsleistung (beispielsweise 3500 W) zu der Laserlichtbeseitigungseinheit 41 auszustrahlen. In Schritt S28 erteilt die zweite Antriebsbefehlseinheit 53 der Antriebssteuereinheit 20 nach dem Erwärmen des externen optischen Systems 12 den Befehl, den Brennpunkt auf die Oberfläche der Platte 15 einzustellen, und den Befehl, die optische Achse auf das Zentrum der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser einzustellen. In Schritt S29 erteilt die zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit 54 dem Laseroszillator 11 in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, den Befehl, Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte 15 nicht geschmolzen oder verformt wird, (beispielsweise 50 Watt) auszustrahlen. In Schritt S30 misst die Energiemengenmesseinheit 42 die Energiemenge des durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts als zweiten Messwert (beispielsweise 30 W). In Schritt S31 speichert die Speichereinheit 22 den zweiten Messwert. In Schritt S32 beginnt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 55 mit der Bestimmung der Verschmutzung der Linse 1, und vergleicht sie den ersten Messwert, der in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und den zweiten Messwert, der in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, gemessen wurde. Wenn das Verhältnis (oder der Unterschied) zwischen dem ersten Messwert (beispielsweise 40 Watt), der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, und dem zweiten Messwert (beispielsweise 30 Watt), der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, größer als eine vorab festgelegte zulässige Veränderungsrate α (oder ein zulässiges Veränderungsausmaß, beispielsweise 1,2) ist (JA in Schritt S31), ist die durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufene Energiemenge geringer als im Normalzustand und bestimmt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 55 daher, dass durch die Verschmutzung der Linse 1 ein thermischer Linseneffekt auftritt und die Brennpunktposition nach oben oder nach unten verschoben ist. Daher meldet die Warneinheit 35 in Schritt S33 eine Verschmutzung der Linse 1 und wird der Betreiber aufgefordert, die Linse 1 zu warten. Wenn in Schritt S32 das Verhältnis (oder der Unterschied) zwischen dem ersten Messwert (beispielsweise 40 Watt), der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 nicht erwärmt ist, durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, und dem zweiten Messwert (beispielsweise 30 Watt), der die Energiemenge des Laserlichts darstellt, das in dem Zustand, in dem das externe optische System 12 erwärmt wurde, durch die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser verlaufen ist, höchstens die vorab festgelegte zulässige Veränderungsrate α (oder das zulässige Veränderungsausmaß, beispielsweise 1,2) beträgt (NEIN in Schritt S32), hat sich die durch die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser verlaufene Energiemenge verglichen mit dem Normalzustand im Großen und Ganzen nicht verändert und bestimmt die Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit 55 daher, dass keine Verschmutzung der Linse 1 vorliegt. Daher beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 40 in Schritt S34 mit der Laserbearbeitung. Bei dieser Laserbearbeitungsvorrichtung 40 kann eine Verschmutzung des externen optischen Systems 12 mittels eines Aufbaus, der nachträglich an einer bereits vorhandenen Laserbearbeitungsvorrichtung eingerichtet werden kann, vor einer Laserbearbeitung automatisch detektiert werden. Daher wird es möglich, eine Wartung des externen optischen Systems 12 vorzunehmen, ohne eine große Menge an Bearbeitungsmängeln zu erzeugen.
9 ist eine Schrägansicht einer Platte, die den Durchmesser P der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 9 gezeigt beträgt der Durchmesser P der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser vorzugsweise wenigstens das Doppelte und höchstens das Dreißigfache des Bündeldurchmessers L des Laserlichts. Da der Bündeldurchmesser L von Laserlicht im Allgemeinen durch die Breite zum Zeitpunkt der Abnahme von der Spitzenstärke auf eine Stärke von 1/e² (13,5 %) definiert wird, ist sein Fuß vergleichsweise weit. Daher kommt es im Großen und Ganzen nicht mehr zu einem Auftreffen des Laserlichts auf die Platte 15, wenn der Durchmesser P der Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser wenigstens das Doppelte des Bündeldurchmessers L des Laserlichts beträgt. Da der Laseroszillator 11 nach der vorliegenden Ausführungsform die Art des Lasers nicht beschränkt, umfasst er Laser mit verschiedenen Konvergenzwinkeln. Beispielsweise weist das Laserlicht bei einem Faserlaser einen vergleichsweise kleinen Konvergenzwinkel auf, doch wenn der Bündeldurchmesser L 100 µm und der Konvergenzwinkel 2,4° beträgt, erreicht der Bündeldurchmesser L bei einer Verschiebung der Brennpunktposition aufgrund des thermischen Linseneffekts um 10 mm 820 µm. Wenn nun angenommen wird, dass der Durchmesser P der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser 3000 µm, das Dreißigfache des Bündeldurchmessers L des Laserlichts, beträgt, trifft er nicht auf die Oberfläche der Platte 15 und kommt es dazu, dass die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 die Verschmutzung des externen optischen Systems 12 nicht bestimmen kann. Doch da das Laserlicht im Fall eines CO₂-Lasers einen noch größeren Konvergenzwinkel aufweist, trifft der Durchmesser P der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser empirisch begründet auch bei einer Veränderung der Brennpunktposition im Großen und Ganzen auf die Oberfläche der Platte 15, wenn er höchstens das Dreißigfache des Bündeldurchmessers L beträgt. Folglich ist es günstig, wenn der Durchmesser P der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser wenigstens das Doppelte des Bündeldurchmessers L des Laserlichts beträgt. Diese Regel für den Durchmesser P der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser kann auch auf die Öffnung S mit dem kleinen Durchmesser bei der in 6 bis 8 erklärten anderen Ausführungsform angewendet werden.
10 ist eine Schrägansicht einer Platte 15, die die Dicke Q der Platte 15 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in 10 gezeigt beträgt die Dicke Q der Platte 15 höchstens das Zehnfache des Bündeldurchmessers des Laserlichts. Wenn bei einem Faserlaser mit einem vergleichsweise kleinen Konvergenzwinkel der Durchmesser P der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser 200 µm beträgt, der Bündeldurchmesser L 100 µm beträgt, und die Dicke Q der Platte mit 1 mm das Zehnfache des Bündeldurchmessers L beträgt, erreicht der Durchmesser des Laserlichts bei Einstellung der Brennpunktposition auf die obere Fläche der Platte 15 an der um 1 mm versetzten unteren Fläche der Platte 15 184 µm und trifft der Bereich des Fußes des Laserlichts nicht auf die untere Fläche, weshalb es dazu kommt, dass die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 die Verschmutzung des externen optischen Systems 12 genau bestimmen kann. Wenn die Dicke Q der Platte 15 andererseits das Zehnfache des Bündeldurchmessers des Laserlichts übersteigt, trifft das Laserlicht bei Einstellung der Brennpunktposition auf die obere Fläche der Platte 15 an der unteren Fläche auf und kommt es dazu, dass die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 die Verschmutzung des externen optischen Systems 12 nicht genau bestimmen kann. Folglich ist es günstig, wenn die Dicke Q der Platte 15 höchstens das Zehnfache des Bündeldurchmessers des Laserlichts beträgt. Diese Regel für die Dicke Q der Platte 15 kann auch auf die Dicke Q der Platte bei der in 6 bis 8 erklärten anderen Ausführungsform angewendet werden.
11 ist eine Schnittansicht einer Platte 60, die eine konisch geformte Öffnung S' mit einem kleinen Durchmesser nach einer anderen Ausführungsform zeigt. Es ist günstig, wenn die Öffnung S' mit dem kleinen Durchmesser derart konisch geformt ist, dass der Durchmesser der Öffnung S' mit dem kleinen Durchmesser von der oberen Fläche zu der unteren Fläche der Platter 60 größer wird (P → P') Dadurch trifft der Fuß des Laserlichts bei Einstellung der Brennpunktposition auf die obere Fläche der Platte 60 an der unteren Fläche der Platte 60 nicht auf die Platte 60 und kommt es dazu, dass die Verschmutzungsbestimmungseinheit 21 die Verschmutzung des externen optischen Systems 12 genau bestimmen kann. Bei einer Ausführungsform, bei der die Brennpunktposition auf die untere Fläche eingestellt wird, ist es günstig, wenn die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser so konisch geformt ist, dass der Durchmesser der Öffnung mit dem kleinen Durchmesser von der unteren Fläche zu der oberen Fläche größer wird. Diese Regel für die konisch geformte Öffnung mit dem kleinen Durchmesser kann auf die Öffnung mit dem kleinen Durchmesser bei allen in 3 bis 8 gezeigten Ausführungsformen angewendet werden.
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.

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (10), die nach einer Detektion der Verschmutzung eines optischen Systems eine Laserbearbeitung eines Werkstücks vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Laseroszillator (11); ein externes optisches System (12), um Laserlicht von dem Laseroszillator (11) zu leiten und auf einer Oberfläche des Werkstücks zu sammeln; eine Antriebssteuereinheit (20), um eine Brennpunktposition und eine optische Achse des von dem externen optischen System ausstrahlenden Laserlichts zu bewegen; eine Kühlungssteuereinheit (13), die die Kühlung des externen optischen Systems (12) steuert; eine Platte (15), die eine Öffnung (S) mit einem kleinen Durchmesser aufweist und Laserlicht absorbieren kann; eine Energiemengenmesseinheit (16), die die Energiemenge des durch die Platte (15) absorbieren Laserlichts misst; eine Laserlichtbeseitigungseinheit (17), die durch die Öffnung (S) mit dem kleinen Durchmesser verlaufenes Laserlicht beseitigen kann; und eine Verschmutzungsbestimmungseinheit (21), die vor der Laserbearbeitung die Verschmutzung des externen optischen Systems bestimmt, umfasst, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit (21) eine Kühlungsanhaltebefehlseinheit (30), die der Kühlungssteuereinheit (13) einen Befehl zum Anhalten der Kühlung des externen optischen Systems (12) erteilt; eine Antriebsbefehlseinheit (31), die der Antriebssteuereinheit (20) 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 Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit (32), die dem Laseroszillator (11) einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte (15) nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; und eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit (33), die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit (16) innerhalb eines Anfangszeitraums der Laserausstrahlung, während dem das externe optische System (12) nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit (16) innerhalb eines Zeitraums des Ablaufs einer bestimmten Zeit nach dem Erwärmen des externen optischen Systems (12) gemessen wurde, die Verschmutzung einer Linse (1) in dem externen optischen System (12) bestimmt, aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Abschirmelement (18), das zwischen der Platte (15) und der Laserlichtbeseitigungseinheit (17) angeordnet ist und Reflexionslicht oder Abstrahlungswärme von der Laserlichtbeseitigungseinheit (17) abschirmt.
Laserbearbeitungsvorrichtung (40), die nach einer Detektion der Verschmutzung eines optischen Systems eine Laserbearbeitung eines Werkstücks vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Laseroszillator (11); ein externes optisches System (12), um Laserlicht von dem Laseroszillator (11) zu leiten und auf einer Oberfläche des Werkstücks zu sammeln; eine Antriebssteuereinheit (20), um eine Brennpunktposition und eine optische Achse des von dem externen optischen System (12) ausstrahlenden Laserlichts zu bewegen; eine Platte (15), die eine Öffnung (S) mit einem kleinen Durchmesser aufweist; eine Energiemengenmesseinheit (42), die die Energiemenge des durch die Öffnung (S) mit dem kleinen Durchmesser verlaufenen Laserlichts misst; eine Laserlichtbeseitigungseinheit (41), die an einer von der Platte (15) verschiedenen Stelle angeordnet ist und Laserlicht beseitigen kann; und eine Verschmutzungsbestimmungseinheit (43), die vor der Laserbearbeitung die Verschmutzung des externen optischen Systems (12) bestimmt, umfasst, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit (43) eine erste Antriebsbefehlseinheit (50), die der Antriebssteuereinheit (20) vor dem Erwärmen des externen optischen System (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 erste Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit (51), die dem Laseroszillator (11) einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte (15) nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; eine Hochausgangsleistungsbefehlseinheit (52), 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 zu der Laserlichtbeseitigungseinheit (41) erteilt; eine zweite Antriebsbefehlseinheit (53), 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; eine zweite Niedrigausgangsleistungsbefehlseinheit (54), die dem Laseroszillator (11) in einem Zustand, in dem das externe optische System (12) erwärmt ist, einen Befehl zum Ausstrahlen von Laserlicht mit einer derart niedrigen Ausgangsleistung, dass die Platte (15) nicht geschmolzen oder verformt wird, erteilt; und eine Linsenverschmutzungsbestimmungseinheit (55), die auf Basis eines Vergleichs zwischen einem ersten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit (42) in einem Zustand, in dem das externe optische System (12) nicht erwärmt ist, gemessen wurde, und einem zweiten Messwert, der durch die Energiemengenmesseinheit (42) in einem Zustand, in dem das externe optische System (12) erwärmt ist, gemessen wurde, die Verschmutzung einer Linse in dem externen optischen System (12) bestimmt, aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ferner eine Speichereinheit (22), die einen vorab in Bezug auf den ersten Messwert festgelegten Referenzwert speichert, umfasst, wobei die Verschmutzungsbestimmungseinheit (21; 43) ferner eine Fensterverschmutzungsbestimmungseinheit (34; 56) aufweist, die auf Basis des ersten Messwerts und des Referenzwerts eine Verschmutzung eines Fensters (2) in dem externen optischen System (12) bestimmt.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die ferner eine Warneinheit (35) aufweist, die eine Warnung vornimmt, wenn bestimmt wurde, dass das externe optische System (12) verschmutzt ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Durchmesser (P) der Öffnung (S) mit dem kleinen Durchmesser wenigstens das Doppelte und höchstens das Dreißigfache eines Bündeldurchmessers (L) des Laserlichts beträgt.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine Dicke (Q) der Platte (15) höchstens das Zehnfache des Bündeldurchmessers (L) des Laserlichts beträgt.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10; 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Durchmesser (P) der Öffnung (S) mit dem kleinen Durchmesser von der oberen Fläche zu der unteren Fläche oder von der unteren Fläche zu der oberen Fläche der Platte (15) größer wird.