DE102018128952B4

DE102018128952B4 - Laserbearbeitungsvorrichtung, die während der Laserbearbeitung vor einer Verschmutzung des Schutzfensters warnt

Info

Publication number: DE102018128952B4
Application number: DE102018128952.9A
Authority: DE
Inventors: Takashi Izumi
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2021-11-25
Anticipated expiration: 2038-11-20
Also published as: US10761037B2; CN109834385A; US20190219522A1; JP6680751B2; JP2019093429A; CN109834385B; DE102018128952A1

Abstract

Laserbearbeitungsvorrichtung (10), die während der Laserbearbeitung vor einer Verschmutzung eines Schutzfensters (24) warnt, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (10) einen Laseroszillator (11);ein externes optisches System (12), das eine Sammellinse (22), die zum Sammeln eines Lichtausgangs von dem Laseroszillator (11) ausgebildet ist, und ein Schutzfenster (24), das stromabwärts von der Sammellinse (22) angeordnet ist, aufweist,einen Strahlteiler (23), der zwischen der Sammellinse (22) und dem Schutzfenster (24) angeordnet ist,eine Rückkehrlichtmesseinheit (15), die mehrere zweidimensional angeordnete Sensorelemente oder mehrere konzentrisch angeordnete Sensorelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, eine Stärkeverteilung eines Rückkehrlichts, das von einem Werkstück W reflektiert wurde und zu dem externen optischen System (12) zurückkehrt, über den Strahlteiler (23) zu messen, wobei die mehreren Sensorelemente so angeordnet sind, dass sie eine optische Achse des Rückkehrlichts umgeben;eine Speichereinheit (30), die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens eines aus Normalmusterdaten, die die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück W, wenn sich das Schutzfenster (24) in einem normalen Zustand befindet, darstellen, und Anomaliemusterdaten, die die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück W, wenn das Schutzfenster (23) verschmutzt ist, darstellen, speichert;eine Verarbeitungseinheit (31), die so ausgebildet ist, dass sie während der Laserbearbeitung einen Prozess zur Detektion einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) ausführt, undeine Warneinheit (32), die so ausgebildet ist, dass sie gemäß dem durch die Verarbeitungseinheit (31) ausgeführten Prozess vor einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) warnt,umfasst, wobeidie Verarbeitungseinheit (31)einen Unterscheidungsfunktionserzeugungsabschnitt (40), der so ausgebildet ist, dass er unter Verwendung wenigstens eines aus den Normalmusterdaten und den Anomaliemusterdaten als Lehrdaten eine Unterscheidungsfunktion zum Unterscheiden einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) erzeugt; undeinen Verschmutzungsdetektionsabschnitt (43), der so ausgebildet ist, dass er auf Basis der Messdaten hinsichtlich des Rückkehrlichts und der Unterscheidungsfunktion eine Verschmutzung des Schutzfensters (24) detektiert,aufweist,wobei die Unterscheidungsfunktion die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem ersten Satz der Sensorelemente, die die optische Achse umgeben; die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem zweiten Satz der Sensorelemente, die den ersten Satz der Sensorelemente umgeben; und Gewichtungsparameter zum jeweiligen Gewichten der Anzahlen der Sensorelemente enthält.

Description

Allgemeiner Stand der Technik
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, und betrifft insbesondere eine Laservorrichtung, die während der Laserbearbeitung vor einer Verschmutzung des Schutzfensters warnt.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Laserbearbeitung wird vorgenommen, nachdem die Brennpunktposition vorab je nach dem lasergeschnittenen Material, seiner Dicke und dergleichen eingerichtet wurde. Wenn Bearbeitungsmängel aufgetreten sind, wird überprüft, ob nicht das externe optische System, das das Ausgangslicht eines Laseroszillators zu einem Werkstück strahlt, verschmutzt ist. Oder die Verschmutzung des externen optischen Systems wird durch Anbringen eines Temperatursensors oder eines Streulichtsensors an dem externen optischen System detektiert.
Als Techniken im Zusammenhang mit der vorliegenden Anmeldung sind zum Beispiel die folgenden Veröffentlichungen bekannt. In der Patentoffenlegungsschrift JP 2016-530611 A ist ein System zur Bewertung des Prozesszustands offenbart. Bei diesem System wird das Laserausgangslicht über einen halbtransparenten Einwegspiegel, der zwischen einem Kollimator und einer Fokussierlinse angeordnet ist, zu einem Werkstück gestrahlt, durch den Einwegspiegel Reflexionslicht zurückgestrahlt und von einer Kamera empfangen, und die Bearbeitungsqualität bewertet.
In der Patentoffenlegungsschrift JP 2016-097412 Aist ein Laserschweißverfahren offenbart, das die Entstehung von Schweißmängeln, wenn Spritzer an einem Schutzglas anhaften, auf eine einfache Weise unterdrückt. Bei diesem Laserschweißverfahren wird vor der Vornahme des Laserschweißens Prüflaserlicht mit einer geringen Ausgangsleistung zu dem Schweißbereich ausgestrahlt, das zurückkehrende Rückkehrlicht über einen Spiegel, der stromaufwärts von einer Sammellinse angeordnet ist, empfangen, die Stärke des Rückkehrlichts mit einer Referenzstärke verglichen, das Ausmaß der Abnahme der Laserausgangsleistung und das Ausmaß der Verschiebung des Brennpunkts berechnet, und die Ausgangsleistung des Laseroszillators und die Brennweite reguliert.
In der Patentoffenlegungsschrift JP 2002-361452 A ist ein Laserbearbeitungssystem offenbart, das den Grad der Verschmutzung eines Schutzglases misst. Dieses Laserbearbeitungssystem umfasst einen Bestrahlungsdetektor, der die Streustrahlung von dem Schutzglas misst, und einen anderen Bestrahlungsdetektor, der die Stärke des Laserstrahls über einen teilweise durchlässigen Spiegel, welcher hinter einem den Laserstrahl bündelnden Linsenmechanismus angeordnet ist, misst, und kompensiert den Einfluss der Bestrahlungsstärke des Laserstrahls in Bezug auf den Streustrahlungsmesswert.
In der Patentoffenlegungsschrift JP 2013-233593 A ist ein Laserbearbeitungssystem offenbart, das die Güte des Bearbeitungszustands beurteilt. Dieses Laserbearbeitungssystem umfasst einen Lichtsensor, um die räumliche Verteilung des von einem Bearbeitungspunkt ausgestrahlten Lichts in wenigstens zwei Richtungen zu detektieren.
Aus DE 103 10 854 B3 und EP 2 894 004 A1 sind jeweils Laserbearbeitungsvorrichtungen bekannt, die während der Laserbearbeitung eine Warnung ausgeben, wenn ein Schutzfenster der Laserbearbeitungsvorrichtung verschmutzt ist. Diese Laserbearbeitungsvorrichtungen weisen jedoch nicht die gewünschte Genauigkeit der Schmutzerkennung und - warnung auf.
Kurzdarstellung der Erfindung
Ein externes optisches System verschlechtert sich im Lauf der Zeit. Insbesondere wird ein Schutzfenster während der Laserbearbeitung leicht verschmutzt, und muss es gereinigt oder ausgetauscht werden, wenn es verschmutzt ist. Eine verspätete Wartung bringt eine deutliche Abnahme der Laserbearbeitungsqualität mit sich.
Daher wird eine Technik gewünscht, die während der Laserbearbeitung mit guter Genauigkeit vor einer Verschmutzung des Schutzfensters warnt.
Eine Form der vorliegenden Offenbarung stellt eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die während der Laserbearbeitung vor einer Verschmutzung eines Schutzfensters warnt, bereit, die einen Laseroszillator; ein externes optisches System, das eine Sammellinse, die das Ausgangslicht von dem Laseroszillator sammelt, und das stromabwärts von der Sammellinse angeordnete Schutzfenster aufweist; einen Strahlteiler, der zwischen der Sammellinse und dem Schutzfenster angeordnet ist; eine Rückkehrlichtmesseinheit, die mehrere zweidimensional angeordnete Sensorelemente oder mehrere konzentrisch angeordnete Sensorelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, eine Stärkeverteilung des Rückkehrlichts, das von einem Werkstück reflektiert wird und zu dem externen optischen System zurückkehrt, über den Strahlteiler zu messen, wobei die mehreren Sensorelemente so angeordnet sind, dass sie eine optische Achse des Rückkehrlichts umgeben; eine Speichereinheit, die Daten wenigstens eines aus einem Normalzustandsmuster, das die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück im Normalzustand des Schutzfensters darstellt, und einem Anomaliezustandsmuster, das die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück bei einer Verschmutzung des Schutzfensters darstellt, speichert; eine Verarbeitungseinheit, die während der Laserbearbeitung eine Verarbeitung zur Detektion der Verschmutzung des Schutzfensters vornimmt; und eine Warneinheit, die so ausgebildet ist, dass sie gemäß dem durch die Verarbeitungseinheit ausgeführten Prozess vor einer Verschmutzung des Schutzfensters warnt, umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit einen Unterscheidungsfunktions-erzeugungsabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er unter Verwendung wenigstens eines aus den Normalmusterdaten und den Anomaliemusterdaten als Lehrdaten eine Unterscheidungsfunktion zum Unterscheiden einer Verschmutzung des Schutzfensters erzeugt; und einen Verschmutzungsdetektionsabschnitt aufweist, der so ausgebildet ist, dass er auf Basis der Messdaten hinsichtlich des Rückkehrlichts und der Unterscheidungsfunktion eine Verschmutzung des Schutzfensters detektiert, aufweist, wobei die Unterscheidungsfunktion die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem ersten Satz der Sensorelemente, die die optische Achse umgeben; die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem zweiten Satz der Sensorelemente, die den ersten Satz der Sensorelemente umgeben; und Gewichtungsparameter zum jeweiligen Gewichten der Anzahlen der Sensorelemente enthält.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach einer Ausführungsform zeigt.
2 zeigt (A) einen Längsschnitt des Ausgangslichts beim Durchbohren, Schneiden und Schweißen, (B) eine Draufsicht auf das Rückkehrlicht, und (C) eine Vergrößerung des Rückkehrlichts.
3 ist eine Draufsicht, die das Normalzustandsmuster und das Anomaliezustandsmuster, das die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts darstellt, beim Durchbohren, Schneiden und Schweißen zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau einer numerischen Steuervorrichtung nach der Ausführungsform zeigt.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung nach der Ausführungsform zeigt.

Ausführliche Erklärung
Nachstehend wird anhand der beiliegenden Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ausführlich erklärt. In den einzelnen Zeichnungen sind gleiche oder ähnliche Aufbauelemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Die nachstehend beschriebene Ausführungsform beschränk das technische Gebiet und die Bedeutung der Terminologie der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung nicht.
1 ist eine schematische Ansicht, die den schematischen Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst einen Laseroszillator 11, ein externes optisches System 12, um das Ausgangslicht von dem Laseroszillator 11 zu leiten und auf die Oberfläche eines Werkstücks zu strahlen, eine numerische Steuervorrichtung 13, die die gesamte Laserbearbeitungsvorrichtung steuert, und eine Antriebssteuervorrichtung 14, die den Antrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 steuert. Der Laseroszillator 11 ist zum Beispiel ein Faserlaseroszillator mit einer Wellenlänge von 1060 bis 1080 nm. Das externe optische System 12 umfasst eine Faser 20, die das Ausgangslicht von dem Laseroszillator 11 leitet, eine Kollimationslinse 21, die das Ausgangslicht von der Faser 20 zu parallelem Licht ausführt, eine Sammellinse 22, die das Ausgangslicht sammelt, einen Strahlteiler, der einen Teil des Ausgangslichts oder des Rückkehrlichts reflektiert und einen Teil passieren lässt, und ein Schutzfenster 24, das stromabwärts von der Sammellinse 22 angeordnet ist. Die Antriebssteuervorrichtung 14 umfasst Servomotoren und Steuereinheiten und dergleichen zur Vornahme eines Antriebs in den jeweiligen Achsen aus einer X-Achse, einer Y-Achse und einer Z-Achse zum Bewegen eines Bearbeitungstischs 16, einer V-Achse zum Bewegen der Position der Sammellinse 22 in der Richtung der optischen Achse, und einer S-Achse und einer T-Achse zum Bewegen des Schutzfensters 24 in Richtungen, die zu der optischen Achse des Ausstrahlungslichts orthogonal verlaufen.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 10 umfasst ferner eine Rückkehrlichtmesseinheit 15, die die Stärkeverteilung des während der Laserbearbeitung von dem Werkstück reflektierten und zu dem externen optischen System 12 zurückkehrenden Rückkehrlichts über den Strahlteiler 23 misst. Der Strahlteiler 23 ist in einem geraden Bearbeitungskopf 25 zwischen der Sammellinse 22 und dem Schutzfenster 24 und in Bezug auf die optische Achse in einem Winkel von 45 ° geneigt angeordnet. Da sich dadurch zwischen dem Schutzfenster 24 und der Rückkehrlichtmesseinheit 15 keine anderen optischen Komponenten als der Strahlteiler 23 befinden, kann die Verschmutzung des Schutzfensters 24 mit guter Genauigkeit gemessen werden. Die Rückkehrlichtmesseinheit 15 ist an einer Position angeordnet, die zu dem Lichtpfad des Ausgangslichts in der Durchlassrichtung einen Winkel von 90 ° bildet, und umfasst mehrere zweidimensional angeordnete Sensorelemente (zum Beispiel photoelektrische Elemente), mehrere konzentrisch angeordnete Sensorelemente (zum Beispiel Thermoelemente), oder eine CCD-Kamera oder eine CMOS-Kamera, oder dergleichen.
2 zeigt (A) einen Längsschnitt des Ausgangslichts beim Durchbohren, Schneiden und Schweißen, (B) eine Draufsicht auf das Rückkehrlicht, und (C) eine Vergrößerung des Rückkehrlichts. Was die Stärkeverteilung beim Durchbohren betrifft, ist die Stärke mit der optischen Achse O im Zentrum groß und nimmt die Stärke zu der Peripherie der optischen Achse O hin ab. Da das Rückkehrlicht beim Schneiden nur zu Rückkehrlicht von dem Schneidebereich C des Werkstücks W wird, wird die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts im Großen und Ganzen sichelförmig. Da das Rückkehrlicht beim Schweißen zu Rückkehrlicht von dem Schweißbereich M des Werkstücks W wird, enthält die Stärkeverteilung durch das Streulicht funkelnd leuchtende Bereiche L mit geringer Stärke, ist sie instabil, und ändert sie sich stets. Somit ändert sich die Stärkeverteilung des Streulichts auch im Normalzustand des Schutzfensters 24 abhängig von der Art der Laserbearbeitung.
3 ist eine Draufsicht, die das Normalzustandsmuster und das Anomaliezustandsmuster, die die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts darstellen, beim Durchbohren, Schneiden und Schweißen zeigt. Wenn das Schutzfenster 24 verschmutzt ist, treten in der Peripherie der optischen Achse O vereinzelt Bereiche H mit einer hohen Stärke auf. Da das Normalzustandsmuster der Stärkeverteilung des Rückkehrlichts beim Durchbohren im Großen und Ganzen ein Muster ist, kann eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 einfach durch Unterscheiden der Daten des Normalzustandsmusters von den Messdaten des Rückkehrlichts detektiert werden. Beim Schneiden nimmt zwar die Anzahl der Normalzustandsmuster der Stärkeverteilung des Rückkehrlichts abhängig von der Schneiderichtung zu, doch kann eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 durch Unterscheiden des der Schneiderichtung während der Bearbeitung entsprechenden Normalzustandsmusters von den Messdaten des Rückkehrlichts detektiert werden. Doch da sich beim Schweißen die Position, die Größe und die Anzahl der Bereiche L mit einer geringen Stärke durch das Streulicht stets verändern und kein Normalzustandsmuster während der Bearbeitung existiert, kann eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 nicht durch die oben genannte Unterscheidungsverarbeitung detektiert werden. Daher detektiert die Laserbearbeitungsvorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform Anomalien im Hinblick auf das Schutzfenster 24 unabhängig von der Art der Laserbearbeitung durch Vornehmen einer Mustererkennung (eines maschinellen Lernens) aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster.
Wenn konkret die Anzahl jener Sensorelemente aus einer Menge P₁ von die optische Achse O umgebenden Sensorelementen, die eine Rückkehrlichtstärke, welche eine vorherbestimmte Stärke übersteigt, detektiert haben, als x₁ angesetzt wird, die Anzahl jener Sensorelemente aus einer Menge P₂ von die Menge P₁ der Sensorelemente umgebenden Sensorelementen, die eine Rückkehrlichtstärke, welche einer vorherbestimmte Stärke übersteigt, detektiert haben, als x₂ angesetzt wird, die jeweilige Gewichtung von x₁ und x₂ als w₁ , w₂ angesetzt wird, und das Bias als w₀ angesetzt wird (nachstehend werden w₀ , w₁ und w₂ einfach als „Gewichtung“ bezeichnet), wird die lineare Identifikationsfunktion u (das heißt, die lineare Formel) zur Identifizierung der Verschmutzung des Schutzfensters 24 wie folgt: $u = w_{0} + w_{1} x_{1} + w_{2} x_{2}$
Wenn die Identifikationsfunktion u > 0 ist, kann detektiert werden, dass an dem Schutzfenster eine Verschmutzung vorhanden ist, während dann, wenn die Identifikationsfunktion u < 0 ist, detektiert werden kann, dass an dem Schutzfenster 24 keine Verschmutzung vorhanden ist. Dann wird das Lernen vorgenommen, indem zur Ermittlung der Parameter w₀ , w₁ und w₂ (das heißt, der Gewichtungen) der Identifikationsfunktion (1) für w₀ , w₁ und w₂ jeweils zufällige Werte festgelegt werden, (2) x₁ und x₂ als Lerndaten für die Daten wenigstens eines aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster eingegeben werden, (3) der Wert der Gewichtungen in die richtige Richtung aktualisiert wird, wenn der Ausgang nicht richtig ist (das heißt, wenn trotz des Einlesens des Normalzustandsmusters eine Verschmutzung vorhanden ist oder trotz des Einlesens des Anomaliezustands keine Verschmutzung vorhanden ist), und (4) bei Vorliegen einer Aktualisierung die Schritte (1) bis (3) wiederholt werden. Das Lernen endet, wenn für alle Lerndaten ein richtiger Ausgang erfolgt. Für die Verarbeitung zur Aktualisierung der Gewichtungen kann das allgemein bekannte Gradientenabstiegsverfahren oder dergleichen verwendet werden, und die Aktualisierungsformel für die Gewichtungen lautet beispielsweise wie folgt: $w_{i} \leftarrow w_{i} + p t x_{i}$
$0 < p < 1 (L e r n r a t e)$
$t = {\begin{matrix} 1 & (V e r s c h m u t z u n g v o r h a n d e n) \\ - 1 & (k e i n e V e r s c h m u t z u n g) \end{matrix}$
Da die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts mit der Entfernung von der optischen Achse O schwächer wird, wird die Detektion einer Verschmutzung des Schutzfensters O mit der Entfernung von der optischen Achse O leichter. Daher ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass die durch das Lernen ermittelten Gewichtungen w₁ < w₂ werden. Durch das oben beschriebene Lernen wird die Identifikationsfunktion u gebildet. Da die Anzahl der Sensorelemente zunimmt, wenn die Rückkehrlichtmesseinheit 15 eine Kamera ist, wird die Identifikationsfunktion wie folgt: $u = w_{0} + w_{1} x_{1} + w_{2} x_{2} \dots + w_{o i} x_{i}$
Wenn es sich bei der Rückkehrlichtmesseinheit 15 um mehrere konzentrisch angeordnete Sensorelemente (zum Beispiel Thermoelemente) handelt, werden die Mengen P₁ , P₂ der Sensorelemente jeweils eine, weshalb die jeweiligen Werte von x₁ und x₂ 0 oder 1 ausdrücken.
4 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der numerischen Steuervorrichtung nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die numerische Steuervorrichtung 13 umfasst eine Speichereinheit 30, die verschiedene Daten speichert und aus einem RAM, einem ROM oder einem nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen gebildet ist, eine Verarbeitungseinheit 31, die aus einer CPU, einer ASIC oder einer FPGA oder dergleichen gebildet ist, und eine Warneinheit 32, die aus einem Anzeigepanel, einem Lautsprecher und einer Ausgangsschnittstelle oder dergleichen gebildet ist. Die Speichereinheit, die Verarbeitungseinheit 31 bzw. die Warneinheit 32 sind durch einen Bus oder dergleichen untereinander verbunden. Die Verarbeitungseinheit 31 nimmt während der Laserbearbeitung die Verarbeitung zur Detektion einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 vor, und die Warneinheit 32 warnt gemäß der Verarbeitung der Verarbeitungseinheit 31 vor einer Verschmutzung des Schutzfensters 24.
In der Speichereinheit 30 sind vorab die Daten wenigstens eines aus einem Normalzustandsmuster, das die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstücks im Normalzustand des Schutzfensters 24 darstellt, und einem Anomaliezustandsmuster, das die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück bei einer Verschmutzung des Schutzfensters darstellt, gespeichert. Die Speichereinheit 30 speichert ferner Rückkehrlichtmessdaten, die die Stärkeverteilung des durch die Rückkehrlichtmesseinheit 15 gemessenen Rückkehrlichts darstellen.
Die Aufbauelemente der Verarbeitungseinheit 31 werden durch ein durch die CPU ausgeführtes Programmmodul oder durch eine aus einer ASIC, einer FPGA oder dergleichen aufgebaute integrierte Schaltung implementiert. Die Verarbeitungseinheit 31 umfasst eine Identifikationsfunktionsbildungseinheit 40, die wie oben beschrieben die Daten wenigstens eines aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster als Lerndaten verwendet und die Identifikationsfunktion u zur Identifikation einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 bildet. Die Verarbeitungseinheit 31 umfasst ferner eine Antriebsbefehlseinheit 41, die der Antriebsbefehlseinheit 14 einen Befehl zum Bewegen der optischen Achse des Ausgangslichts gemäß den Bearbeitungsbedingungen auf dem Werkstück W erteilt, und eine Ausgabebefehlseinheit 42, die dem Laseroszillator 11 einen Befehl zum Ausgeben von Laserlicht gemäß den Bearbeitungsbedingungen erteilt.
Die Verarbeitungseinheit 31 umfasst ferner eine Verschmutzungsdetektionseinheit 43, die auf Basis der Messdaten des durch die Rückkehrlichtmesseinheit 15 gemessenen Rückkehrlichts und der Daten des wenigstens einen aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert. Die Verschmutzungsdetektionseinheit 43 kann die Verschmutzung des Schutzfensters 24 durch eine Unterscheidungsverarbeitung der Messdaten des Rückkehrlichts und der Daten des wenigstens eines aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster detektieren, doch wird die Verschmutzung des Schutzfensters 24 vorzugsweise auf Basis der Messdaten des Rückkehrlichts und der durch die Identifikationsfunktionsbildungseinheit 40 gebildeten Identifikationsfunktion (das heißt, durch eine Mustererkennung) detektiert.
Die Verarbeitungseinheit 31 kann ferner eine erste Warnbefehlseinheit 44, die der Warneinheit 32 einen Befehl zur Warnung vor einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 erteilt, und eine Anomaliezustandsmusterspeichereinheit 45, die der Speichereinheit 30 einen Befehl zum Speichern der Messdaten des Rückkehrlichts als Anomaliezustandsmuster erteilt, wenn eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde, umfassen.
Die Verarbeitungseinheit 31 kann ferner eine Fensterpositionsregulierungsausmaßberechnungseinheit 46, die ein Positionsregulierungsausmaß zur Regulierung der Position des Schutzfensters 24 berechnet, wenn eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde, und eine Fensterpositionsregulierungsbefehlseinheit 47, die der Antriebssteuervorrichtung 14 einen Befehl zum Bewegen des Schutzfensters 24 auf Basis des Positionsregulierungsausmaßes erteilt, umfassen. Die Verarbeitungseinheit 31 kann ferner eine zweite Warnbefehlseinheit 48, die der Warneinheit 32 einen Befehl zur Warnung vor einer übermäßigen Verschmutzung des Schutzfensters 24 erteilt, wenn trotz der Vornahme einer Positionsregulierung des Schutzfensters 24 nach wie vor eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wird, umfassen.
Die Verarbeitungseinheit 31 kann ferner eine Identifikationsfunktionsaktualisierungseinheit 49, die die Parameter der Identifikationsfunktion u (das heißt, die oben genannten „Gewichtungen“) aktualisiert, wenn durch die Verschmutzungsdetektionseinheit 43 eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde, aber keine Verschmutzung vorhanden war, umfassen. Das heißt, die Identifikationsfunktionsaktualisierungseinheit 49 liest die Rückkehrlichtmessdaten, wenn durch die Verschmutzungsdetektionseinheit 43 eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde, als Normalzustandsmuster ein und aktualisiert die Parameter der Identifikationsfunktion u.
5 ist ein Ablaufdiagramm, das den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 10 nach der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wenn die Verarbeitung zur Bestimmung einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 während der Laserbearbeitung begonnen wird, wird in Schritt S10 die Identifikationsfunktion u aus den Daten wenigstens eines aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster gebildet. In Schritt S11 wird der Antriebssteuervorrichtung 14 ein Befehl zum Bewegen der optischen Achse gemäß den Bearbeitungsbedingungen auf dem Werkstück W erteilt. In Schritt S12 wird dem Laseroszillator ein Befehl zum Ausgeben von Laserlicht gemäß den Bearbeitungsbedingungen erteilt.
In Schritt S13 wird auf Basis der Rückkehrlichtdaten und der Identifikationsfunktion 4 eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert. Wenn in Schritt S14 keine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde (NEIN in Schritt S14), wird zu Schritt S10 zurückgekehrt und die Laserbearbeitung fortgesetzt. Wenn in Schritt S14 andererseits eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde (JA in Schritt S14), wird nach einer Bestimmung in Schritt S15, ob es sich um das zweite Mal handelt oder nicht (NEIN in Schritt S15), in Schritt S16 der Warneinheit 32 ein Befehl zum Warnen vor einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 erteilt, ohne die Laserbearbeitung anzuhalten. In Schritt S17 wird der Speichereinheit 30 ein Befehl zum Speichern der Rückkehrlichtmessdaten, als die Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde, als Anomaliezustandsmuster erteilt.
In Schritt S18 wird das Positionsregulierungsausmaß für eine derartige Regulierung der Position des Schutzfensters 24, dass sich die Verschmutzung des Schutzfensters 24 von dem Bereich des Ausstrahlungslichts entfernt, berechnet. In Schritt S19 wird der Antriebssteuervorrichtung 14 ein Befehl zum Regulieren der Position des Schutzfensters 24 erteilt. Dann wird zu Schritt S10 zurückgekehrt und die Verarbeitung zur Detektion der Verschmutzung des Schutzfensters wiederholt, um zu überprüfen, ob die Regulierung der Position des Schutzfensters 24 korrekt ist.
In Schritt S10 wird erneut die Identifikationsfunktion u aus dem wenigstens einen aus dem Normalzustandsmuster und dem Anomaliezustandsmuster gebildet. Wenn in Schritt S17 ein Anomaliezustandsmuster gespeichert wurde, ist das Anomaliezustandsmuster für die Aktualisierung der Identifikationsfunktion u in Schritt S10 unerlässlich. Wenn in Schritt S14 trotz der Vornahme der Regulierung der Position des Schutzfensters 24 nach wie vor eine Verschmutzung des Schutzfensters 24 detektiert wurde (JA in Schritt S14), wird in Schritt S15 bestimmt, dass es sich um das zweite Mal handelt (JA in Schritt S15), und daher die Laserbearbeitung angehalten und der Warneinheit 32 ein Befehl zum Warnen vor einer übermäßigen Verschmutzung des Schutzfensters 24 erteilt. In Schritt S21 überprüft ein Betreiber das Schutzfenster 24, und wenn tatsächlich eine übermäßige Verschmutzung vorhanden ist (JA in Schritt S21), nimmt der Betreiber eine Reinigung oder einen Austausch des Schutzfensters 24 vor.
Wenn der Betreiber andererseits in Schritt S21 das Schutzfenster 24 überprüft, aber keine übermäßige Verschmutzung vorhanden ist (NEIN in Schritt S21), werden in Schritt S23 die Parameter der Identifikationsfunktion u aktualisiert. Durch das wie oben beschriebene Lernen kann auch während eines Laserbetriebs mit einer nicht stabilen Stärkeverteilung des Rückkehrlichts mit guter Genauigkeit vor einer Verschmutzung des Schutzfensters 24 gewarnt werden. Folglich kann der automatische Betrieb fortgesetzt werden, ohne eine große Menge an Bearbeitungsmängeln zu erzeugen. Wenn eine Korrektur möglich war, kann der Wartungszeitraum für das Schutzfenster 24 verlängert werden.
Das durch einen Computer ausführbare Programm bei der oben beschriebenen Ausführungsform kann auf ein computerlesbares nichtflüchtiges Aufzeichnungsmedium, eine CD-ROM oder dergleichen aufgezeichnet bereitgestellt werden. In der vorliegenden Beschreibung wurden verschiedene Ausführungsweisen erklärt, doch versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen verschiedenen Ausführungsweisen beschränkt ist, sondern innerhalb eines Umfangs, der nicht von den nachstehend angegebenen Patentansprüchen abweicht, verschiedene Änderungen vorgenommen werden können.

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung (10), die während der Laserbearbeitung vor einer Verschmutzung eines Schutzfensters (24) warnt, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (10) einen Laseroszillator (11); ein externes optisches System (12), das eine Sammellinse (22), die zum Sammeln eines Lichtausgangs von dem Laseroszillator (11) ausgebildet ist, und ein Schutzfenster (24), das stromabwärts von der Sammellinse (22) angeordnet ist, aufweist, einen Strahlteiler (23), der zwischen der Sammellinse (22) und dem Schutzfenster (24) angeordnet ist, eine Rückkehrlichtmesseinheit (15), die mehrere zweidimensional angeordnete Sensorelemente oder mehrere konzentrisch angeordnete Sensorelemente aufweist und dazu ausgebildet ist, eine Stärkeverteilung eines Rückkehrlichts, das von einem Werkstück W reflektiert wurde und zu dem externen optischen System (12) zurückkehrt, über den Strahlteiler (23) zu messen, wobei die mehreren Sensorelemente so angeordnet sind, dass sie eine optische Achse des Rückkehrlichts umgeben; eine Speichereinheit (30), die so ausgebildet ist, dass sie wenigstens eines aus Normalmusterdaten, die die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück W, wenn sich das Schutzfenster (24) in einem normalen Zustand befindet, darstellen, und Anomaliemusterdaten, die die Stärkeverteilung des Rückkehrlichts von dem Werkstück W, wenn das Schutzfenster (23) verschmutzt ist, darstellen, speichert; eine Verarbeitungseinheit (31), die so ausgebildet ist, dass sie während der Laserbearbeitung einen Prozess zur Detektion einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) ausführt, und eine Warneinheit (32), die so ausgebildet ist, dass sie gemäß dem durch die Verarbeitungseinheit (31) ausgeführten Prozess vor einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) warnt, umfasst, wobei die Verarbeitungseinheit (31) einen Unterscheidungsfunktionserzeugungsabschnitt (40), der so ausgebildet ist, dass er unter Verwendung wenigstens eines aus den Normalmusterdaten und den Anomaliemusterdaten als Lehrdaten eine Unterscheidungsfunktion zum Unterscheiden einer Verschmutzung des Schutzfensters (24) erzeugt; und einen Verschmutzungsdetektionsabschnitt (43), der so ausgebildet ist, dass er auf Basis der Messdaten hinsichtlich des Rückkehrlichts und der Unterscheidungsfunktion eine Verschmutzung des Schutzfensters (24) detektiert, aufweist, wobei die Unterscheidungsfunktion die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem ersten Satz der Sensorelemente, die die optische Achse umgeben; die Anzahl der Sensorelemente, die eine höhere Stärke des Rückkehrlichts als eine vorherbestimmte Stärke detektieren, in einem zweiten Satz der Sensorelemente, die den ersten Satz der Sensorelemente umgeben; und Gewichtungsparameter zum jeweiligen Gewichten der Anzahlen der Sensorelemente enthält.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Verarbeitungseinheit (31) ferner einen Anomaliemusterspeicherbefehlsabschnitt (45) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er einen Befehl an die Speichereinheit (30) ausgibt, die Messdaten hinsichtlich des Rückkehrlichts als das Anomaliemuster zu speichern, wenn durch den Verschmutzungsdetektionsabschnitt (43) eine Verschmutzung des Schutzfensters (24) detektiert wird.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Antriebssteuerung (14), die so ausgebildet ist, dass sie das Schutzfenster (24) in eine Richtung, die zu einer optischen Achse eines Ausgangslichts orthogonal ist, bewegt, wobei die Verarbeitungseinheit (31) ferner einen Fensterpositionsregulierungsausmaßberechnungsabschnitt (47), der so ausgebildet ist, dass er ein Ausmaß einer Positionsregulierung zum Regulieren einer Position des Schutzfensters (24), wenn durch den Verschmutzungsdetektionsabschnitt (43) eine Verschmutzung des Schutzfensters (24) detektiert wird, und einen Fensterpositionsregulierungsbefehlsabschnitt (27), der so ausgebildet ist, dass er einen Befehl an die Antriebssteuerung (14), das Schutzfenster (24) auf Basis des Ausmaßes der Positionsregulierung zu bewegen, ausgibt, aufweist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verarbeitungseinheit (31) ferner einen Unterscheidungsfunktionsaktualisierungsabschnitt (49) aufweist, der so ausgebildet ist, dass er einen Parameter der Unterscheidungsfunktion aktualisiert, wenn keine durch den Verschmutzungsdetektionsabschnitt (43) detektierte Verschmutzung des Schutzfensters (24) vorhanden ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Gewichtungsparameter mit zunehmender Entfernung von der optischen Achse größer werden.