DE102019005432A1

DE102019005432A1 - Laservorrichtung

Info

Publication number: DE102019005432A1
Application number: DE102019005432.6A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Takigawa; Ryusuke Miyata
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-08-08
Filing date: 2019-08-01
Publication date: 2020-02-13
Also published as: JP6744369B2; US10985522B2; JP2020022988A; CN110829175B; US20200052456A1; CN110829175A

Abstract

Eine Laservorrichtung berechnet eine Temperatur eines Temperaturanstiegsabschnitts, dessen Temperatur durch Reflexionslicht ansteigt, und bestimmt einen optischen Notfallabgabebefehl mit dem Ziel des Sicherstellens, dass die berechnete Temperatur eine erste vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet, die als eine niedrigere Temperatur als eine obere Grenzwärmewiderstandstemperatur angesetzt ist, und, falls notwendig, des Regelns der Temperatur auf oder unter eine zweite vorbestimmte Temperatur, die bei einer niedrigen Temperatur als die erste vorbestimmte Temperatur angesetzt ist, und gibt den optischen Notfallabgabefehl aus. Wenn der optische Notfallabgabebefehl auszugeben ist, dann schaltet eine Steuereinheit einen durch sie ausgegebenen optischen Abgabebefehl zu dem optischen Notfallabgabebefehl um und gibt den optischen Notfallabgabebefehl aus.

Description

[HINTERGRUND DER ERFINDUNG]
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, die ein Werkstück, das als ein Ziel der maschinellen Laserbearbeitung dient, mit Laserlicht bestrahlt, das von einem Laseroszillator über ein optisches Lasersystem abgestrahlt wird, wie eine optische Faser oder ein maschineller Bearbeitungskopf. Die Laserlichtabgabe wird auf der Grundlage von Berechnungsergebnissen geregelt, die sich auf die Temperaturanstiege in den jeweiligen Teilen beziehen und durch das Reflexionslicht verursacht werden, um die Beschädigung aufgrund von Temperaturanstiegen in jeweiligen Teilen des optischen Lasersystems und der Laservorrichtung zu verhindern, die durch Reflexionslicht (oder zurückkehrendes Licht) verursacht wird, das sich im Wesentlichen in der entgegengesetzten Richtung gegenüber dem Laserlicht fortpflanzt, das aus dem Laseroszillator abgestrahlt wird.
Beschreibung des verwandten Stands der Technik
Ein Problem, das primär in einer Laservorrichtung mit hoher Leistung auftritt, die als eine Laserschneidmaschine für Metallblechschneiden oder -schweißen verwendet wird, und insbesondere in einer Laservorrichtung mit einer Hochleistungsfaser, besteht darin, dass - wenn von einem maschinellen Bearbeitungskopf abgegebenes Laserlicht durch die Oberfläche eines maschinellen Laserbearbeitungsziels oder ein Sendefenster des maschinellen Bearbeitungskopfes derart reflektiert wird, dass es in das optische Lasersystem oder die Laservorrichtung zurückkehrt - wesentliche Bestandteile eines Laseroszillators oder des optischen Lasersystems, wie optische Fasern, ein optischer Faserverbinder oder ein Diodenmodul für einen Erregungslaser, beschädigt werden.
In Laservorrichtungen ist das Verhindern von Schäden an dem Laseroszillator und dem optischen Lasersystem, die durch Reflexionslicht verursacht werden, ein wichtiges Problem, und deshalb wurden verschiedene darauf bezogene Techniken vorgeschlagen. Zum Beispiel offenbart die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-042981 einen optischen Faserlaser mit einer optischen Faser, die mit seltenen Erden dotiert ist und als ein Lasermedium dient, einer Vielzahl von Erregungslichtquellen zum optischen Erregen der optischen Faser, die mit seltenen Erden dotiert ist, und einem optischen Koppler zum Kombinieren von Erregungslicht aus den jeweiligen Erregungslichtquellen und Eingeben des kombinierten Erregungslichts in die optische Faser, die mit seltenen Erden dotiert ist, wobei der optische Faserlaser eine Laseroszillation durch Eingeben des Erregungslichts in die optische Faser ausführt, die mit seltenen Erden dotiert ist. Der optische Koppler ist mit einem Überwachungsanschluss, durch den sich ein Teil des zurückkehrenden Lichts fortpflanzt, das sich von der mit seltenen Erden dotierten optischen Faser hin zu der Seite der Erregungslichtquelle bewegt, und einer Steuereinrichtung für die Erregungslichtquelle zum Messen der Intensität des zurückkehrenden Lichts versehen, das sich durch den Überwachungsanschluss fortpflanzt, und zum Verhindern der Verstärkung des zurückkehrenden Lichts durch Verringern der Abgabe der Erregungslichtquellen, wenn die optische Intensität einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Die japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2014-034034 offenbart eine maschinelle Laserbearbeitungsvorrichtung, in der ein Laseroszillator und ein maschineller Laserbearbeitungskopf durch ein optisches Fenster verbunden sind, wobei die maschinelle Laserbearbeitungsvorrichtung eine Rückkehrlichterfassungseinrichtung zum Erfassen von Rückkehrlicht, das entsteht, wenn auf ein Werkstück abgestrahltes Laserlicht zu der optischen Faser zurückkehrt, eine digitale Verarbeitungseinrichtung zum digitalen Verarbeiten eines Erfassungswerts des zurückkehrenden Lichts, eine gleitende Mittelwertverarbeitungseinrichtung zum Berechnen des gleitenden Mittelwerts eines digitalen Signals, das in der digitalen Verarbeitung erzeugt wird, eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen eines verarbeiteten Werts, der durch die gleitende Mittelwertverarbeitungseinrichtung verarbeitet ist, mit einem voreingestellten Alarm und Warnschwellenwerten, und eine Verarbeitungseinrichtung zum Ausführen einer Alarmverarbeitung oder einer Warnverarbeitung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs durch die Vergleichseinrichtung aufweist. Des Weiteren werden während der Alarmverarbeitung Maßnahmen, wie das Anhalten einer Laseroszillation und das Anhalten einer maschinellen Laserbearbeitung, zum Beispiel gemäß der Intensität des zurückkehrenden Lichts implementiert.
Die WO 2016/002947 offenbart eine optische Faserlaservorrichtung, die Laserlicht unter Verwendung einer verstärkenden optischen Faser als ein Verstärkungsmedium eines Laseroszillators erzeugt, wobei die optische Faserlaservorrichtung eine optische Abgabefaser zum Abstrahlen des Laserlichts nach außen hin, eine Rückkehrlichtdämpfungseinheit zum Ausführen einer Dämpfungsverarbeitung bei dem zurückkehrenden Licht, das sich durch zumindest die optische Abgabefaser in einer entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt, eine Wärmeumwandlungseinrichtung, die in der Rückkehrlichtdämpfungseinheit vorgesehen ist, um das zurückkehrende Licht in Wärme umzuwandeln, eine Temperaturüberwachungseinrichtung zum Messen eines Temperaturanstiegs in der Rückkehrlichtdämpfungseinheit, die durch die durch die Wärmeumwandlungseinrichtung erzeugte Wärme verursacht wird, und eine Steuereinheit umfasst, die die Abgabe des Laserlichts verringert oder anhält, wenn die durch die Temperaturüberwachungseinrichtung gemessene Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet.
In der in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2007-042981 offenbarten Technik wird die Steuerung jedoch nicht auf der Grundlage von Temperaturanstiegen in jeweiligen Teilen ausgeführt, in denen durch das Reflexionslicht verursachte Temperaturanstiege problematisch sind, und deshalb kann diese Technik nicht als geeignetes Steuerverfahren betrachtet werden. Damit sichergestellt wird, dass die Laservorrichtung selbst dann nicht beschädigt wird, wenn die zurückkehrende Lichtintensität einen vorbestimmten Wert kontinuierlich für eine bestimmte Zeitspanne überschreitet, muss im Einzelnen der vorbestimmte Wert sehr niedrig angesetzt werden. Falls die zurückkehrende Lichtintensität den vorbestimmten Wert lediglich kurzzeitig überschreitet, wird jedoch die Abgabe der Erregungslichtquellen verringert, um eine Verstärkung des zurückkehrenden Lichts zu verhindern, obwohl eine Beschädigung der Laservorrichtung dadurch unwahrscheinlich ist, was zu maschinellen Bearbeitungsmängeln und einer Verringerung in der Betriebsrate der Laservorrichtung oder der maschinellen Bearbeitungseffizienz der maschinellen Laserbearbeitung führt.
Anhand der in der japanischen Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2014-034034 beschriebenen Technik wird demgegenüber der Erfassungswert des zurückkehrenden Lichts einer gleitenden Mittelwertverarbeitung durch die gleitende Mittelwertverarbeitungseinrichtung unterzogen, und es ist deshalb möglich, das Problem der angehaltenen maschinellen Laserbearbeitung zu vermeiden, wenn zurückkehrendes Licht erfasst wird, das einen kleinen zeitweiligen Anstieg aufweist. Wenn der durch das zurückkehrende Licht verursachte Schaden jedoch durch Temperaturanstiege in jeweiligen Teilen verursacht wird, wird die Frage, ob die Temperatur durch das zurückkehrende Licht vor kurzer Zeit erhöht wurde oder nicht, nicht berücksichtigt, falls die gleitende Mittelwertzeit kurz ist. Zur Vermeidung des Risikos der Beschädigung muss deshalb ein übermäßig großer Spielraum eingeräumt werden, was bedeutet, dass eine geeignete Einstellung von Arbeitsbedingungen nicht erreicht werden kann. Falls im Gegensatz dazu die gleitende Mittelwertzeit lang gestaltet wird, werden Verringerungen in den Temperaturen der Temperaturanstiegsabschnitte aufgrund von Wärmeabfuhr, die innerhalb der gleitenden Mittelwertzeit auftritt, nicht berücksichtigt. Deshalb kann eine Situation auftreten, in der der gleitende Mittelwert des Erfassungswerts des zurückkehrenden Lichts den vorbestimmten Wert derart überschreitet, dass das Laserschneiden angehalten wird, obwohl die Temperaturen in den Temperaturanstiegsabschnitten nicht wirklich auf einen Grad anstiegen, der problematisch wäre. Ebenso in diesem Fall kann eine geeignete Einstellung von Arbeitsbedingungen nicht erreicht werden.
Anstelle der Verringerung oder des Anhaltens der Laserlichtabgabe gemäß dem Spitzenwert oder dem gleitenden Mittelwert des Erfassungswerts des Reflexionslichts (des zurückkehrenden Lichts), das durch die Lichterfassungseinrichtung wie vorstehend beschrieben erfasst wird, kann die Laserlichtabgabe gemäß der Anzahl von Vorgängen verringert oder angehalten werden, bei denen der Spitzenwert des Erfassungswerts den vorbestimmten Wert überschreitet, gemäß der Zeit, während der der Spitzenwert des Erfassungswert den vorbestimmten Wert überschreitet oder gemäß dem Wärmebetrag, der jedes Mal dann erzeugt wird, wenn ein einzelner Impuls abgegeben wird. Diese Techniken beziehen sich jedoch alle auf Steuerverfahren im Wesentlichen mit jenen des Standes der Technik identisch sind, die vorstehend beschrieben wurden, und stellen keine Techniken dar, mit denen die Laserlichtabgabe geeignet zu allen Zeitpunkten in Reaktion auf ein Reflexionslicht geregelt werden kann, das mit hoher Geschwindigkeit und auf verschiedene Arten und Weisen über die Zeit variiert.
Des Weiteren offenbart die WO 2016/002947 eine Technik, in der die Laserlichtabgabe verringert oder angehalten wird, wenn die durch die Temperaturmesseinrichtung gemessene Temperatur, die den Temperaturanstieg in der Rückkehrlichtdämpfungseinheit misst, der durch die Wärme verursacht wird, die durch die Wärmeumwandlungseinrichtung zum Umwandeln des zurückkehrenden Lichts in Wärme erzeugt wird, einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Obwohl jedoch das Messen des Ist-Temperaturanstiegs, der durch das zurückkehrende Licht verursacht wird, und das Abgeben von Laserlicht auf der Grundlage des Messergebnisses ein wirksames Verfahren ist, wenn ein Versuch unternommen wird, eine Temperaturerfassungseinrichtung vorzusehen, die zu einem Erfassen der Temperaturen aller Teile in der Lage ist, in denen ein durch das zurückkehrende Licht verursachter Temperaturanstieg problematisch ist, um die Temperaturanstiege darin zu überwachen und um eine Steuerung auf der Grundlage der Temperaturanstiege auszuführen, um das Reflexionslicht zu verringern, wenn die Temperatur in irgendeinem dieser Teile eine vorbestimmte Temperatur erreicht, steigen die Kosten und die Größe der Laservorrichtung an, was bedeutet, dass dieses Verfahren nicht realistisch ist.
Die herkömmlichen Laservorrichtungen, die vorstehend beschrieben wurden, sind mit einer Erfassungseinrichtung zum Erfassen von zurückkehrendem Licht ausgestattet, um einen Schaden an der Laservorrichtung zu verhindern, der durch das zurückkehrende Licht verursacht wird, und wenn der Spitzenwert der Lichtmenge des erfassten Reflexionslichts einen vorbestimmten Wert überschreitet oder der zeitliche gleitende Mittelwert des Erfassungswerts des erfassten Reflexionslichts einen vorbestimmten Wert überschreitet, dann wird die Laserlichtabgabe angehalten oder verringert. Jedoch ist der größte Anteil des Schadens, der bei der Laservorrichtung durch das zurückkehrende Licht angerichtet wird, ein Schaden auf Grund von Anstiegen in den Temperaturen der jeweiligen Teile der Laservorrichtung, die durch das zurückkehrende Licht verursacht werden, und da die Laserlichtabgabe nicht auf der Grundlage der Temperaturen der jeweiligen Teile geregelt wird und weder eine Wärmeakkumulation in den jeweiligen Teilen aufgrund des zurückkehrenden Lichts noch eine Wärmeabfuhr aus den jeweiligen Teilen nach den Anstiegen in den Temperaturen der jeweiligen Teile berücksichtigt wird, ist eine Einstellung der Arbeitsbedingungen nicht geeignet realisiert worden. Im Ergebnis wird womöglich, abhängig von dem Variationszustand des zurückkehrenden Lichts, ein übermäßig großer Spielraum derart angesetzt, dass die Laserlichtabgabe unnötig angehalten oder verringert wird, was zu maschinellen Bearbeitungsdefekten und einer Verringerung in der Effizienz der maschinellen Laserbearbeitung führt. In Fällen, in denen es erforderlich ist, die Laserlichtabgabe zu verringern, kann indes die Laserlichtabgabe womöglich nicht verringert werden, und kann im Ergebnis die Laservorrichtung oder das optische Lasersystem beschädigt werden.
Obwohl des Weiteren eine Technik offenbart wurde, in der die Temperatur des Teils, dessen Temperaturanstieg auf Grund des zurückkehrenden Lichts gemessen wird, und die Laserlichtabgabe verringert oder angehalten wird, wenn die gemessene Temperatur einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, unterscheiden sich die Teile, die durch einen Temperaturanstieg beschädigt werden können, der wiederum durch das zurückkehrende Licht verursacht wird, hinsichtlich ihrer thermischen Kapazitäten und thermischen Widerstände hin zur einem Wärmeabfuhrpunkt voneinander, und deshalb variieren die Temperaturen dieser Teile auf verschiedene Arten und Weisen. Das Messen der Temperaturen aller Abschnitte, die durch den Temperaturanstieg beschädigt werden können, führt jedoch zu einem Anstieg in den Kosten und der Größe der Laservorrichtung, und deshalb kann diese Technik nicht in einer massenproduzierten Maschine eingesetzt werden.
[Kurzfassung der Erfindung]
In Anbetracht der vorstehend beschriebenen Umstände besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer hochleistungsfähigen, verlässlichen Laservorrichtung, mittels derer eine Laserlichtabgabe in Antwort auf Reflexionslicht, das mit hoher Geschwindigkeit und auf verschiedene Arten und Weisen über die Zeit variiert, unter Verwendung eines geeigneten Spielraums zu jedem Zeitpunkt derart geregelt werden kann, dass die Laserlichtabgabe nicht unnötig verringert wird und die Vorrichtung nicht durch das Reflexionslicht beschädigt wird, indem ein Temperaturanstieg in zumindest einem jeweiliger Teile berechnet wird, das durch einen Temperaturanstieg beschädigt werden kann, der wiederum durch das zurückkehrende Licht verursacht wird, unter Verwendung eines Erfassungsergebnis, das das Reflexionslicht umfasst, das durch die Lichterfassungseinrichtung erfasst ist, anstelle des Messens der Temperatur dieses Teils, und indem die Laserlichtabgabe gemäß dem Berechnungsergebnis geregelt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Laservorrichtung, in der die Laserlichtabgabe durch Berechnen der Temperaturen jeweiliger Temperaturanstiegsabschnitte der Laservorrichtung, deren Temperaturen durch das Reflexionslicht ansteigen, anstelle eines direkten Messens der Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, und, während auf die berechneten Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte Bezug genommen wird, durch Umschalten eines optischen Abgabebefehls hin zur einem optischen Notfallabgabebefehl - wenn die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte im Begriff sind, eine vorbestimmte Temperatur überschreiten - so geregelt wird, dass die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte nicht die vorbestimmte Temperatur überschreiten. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Laservorrichtung, die durch maschinelles Lernen, d.h. ohne menschliches Eingreifen, physikalische Größen erlernt, die zum Berechnen der Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte erforderlich sind, wie die thermischen Kapazitäten und thermischen Widerstände der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, und ebenso einen optischen Notfallabgabebefehl erlernt, zu dem ein voriger angesetzter optischer Abgabebefehl umgeschaltet wird, wenn die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte im Begriff sind, eine vorbestimmte Temperatur zu überschreiten.
Es sei darauf hingewiesen, dass in dieser Beschreibung der Ausdruck „Reflexionslicht“ nicht starr Licht, das durch etwas reflektiert wurde, sondern ebenso strahlendes Licht bezeichnet, das abgestrahlt wird, wenn das Laserschneidobjekt erwärmt wird, usw. Der Ausdruck „Reflexionslicht“ wird mit anderen Worten mit derselben Bedeutung wie der Ausdruck „zurückkehrendes Licht“ verwendet, der jedwedes Licht bezeichnet, das sich durch ein optisches Lasersystem oder eine Laservorrichtung in einer im wesentlichen entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt, das von einem Laseroszillator abgestrahlt wird. Des Weiteren wurde hinsichtlich der Terminologie, die zur Beschreibung der Größe des Reflexionslichts verwendet wurde, im Gegensatz zu den Teilen, die den Stand der Technik beschreiben, eine Terminologie verwendet, die die Lichtmenge (das Reflexionslicht) beschreibt, anstelle einer Terminologie, die die Intensität beschreibt, d.h. die Größe pro Einheitsoberflächenbereich.
Eine Laservorrichtung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist zumindest einen Laseroszillator, eine Stromzufuhreinheit zum Zuführen eines Antriebsstroms zu dem Laseroszillator, ein optisches Lasersystem, das einen maschinelten Bearbeitungskopf zum Bestrahlen eines Werkstücks, das als ein Ziel der maschinellen Laserbearbeitung dient, mit Laserlicht, das von dem Laseroszillator durch eine optische Faser abgestrahlt wird, zumindest eine Lichterfassungseinheit, die in der Lage ist, das von dem Laseroszillator abgestrahlte Laserlicht und Reflexionslicht zu erfassen, das sich in einer im wesentlichen entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt, und eine Steuereinheit auf, die einen optischen Abgabebefehl und einen Stromabgabebefehl entsprechend dem optischen Abgabebefehl zu der Stromzufuhreinheit ausgibt. Die Laservorrichtung umfasst weiterhin eine Temperaturberechnungseinheit, die entweder innerhalb der Laservorrichtung oder außerhalb der Laservorrichtung vorgesehen ist, und ein Erfassungsergebnis verwendet, das durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, um die Temperatur von zumindest einem jeweiliger Temperaturanstiegsabschnitte der Laservorrichtung zu berechnen, deren Temperatur in Antwort auf das Reflexionslicht ansteigt, und eine Notfallbefehlsbestimmungseinheit, die sich auf die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bezieht, die durch den Temperaturberechnungsabschnitt berechnet ist, und um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts eine erste vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet, die eine zulässige obere Grenztemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts ist und auf einer niedrigeren Temperatur als eine obere Grenzwärmewiderstandstemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung der oberen Grenzwärmewiderstandstemperatur als eine Referenz angesetzt ist, nach Bedarf einen optischen Notfallabgabebefehl bestimmt mit dem Ziel des Regelns der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts entweder auf eine zweite vorbestimmte Temperatur, die eine Regelsolltemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts ist und auf einer niedrigeren Temperatur als die erste vorbestimmte Temperatur angesetzt ist, oder auf einer niedrigeren Temperatur als die zweite vorbestimmte Temperaturpunkt angesetzt ist. Wenn der optische Notfallabgabebefehl ausgegeben wird, schaltet die Steuereinheit den optischen Abgabebefehl, der durch sie ausgegeben wird, zu dem optischen Notfallabgabebefehl um und gibt den optischen Notfallabgabebefehl aus.
Die wie vorstehend beschrieben aufgebaute Laservorrichtung berechnet die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, der zumindest durch Reflexionslicht beschädigt wird, und stellt den optischen Abgabebefehl (steuert die Lichtabgabe) durch Bezugnahme auf das Berechnungsergebnis ein. Daher kann im Gegensatz zu der herkömmlichen Lichtabgabesteuerung, die in Antwort auf den Erfassungswert des Reflexionslichts durchgeführt wird (d.h. ein Steuerverfahren, in dem die Lichtabgabe angehalten wird oder die Lichtabgabe durch Verkürzung der zeitlichen Breite der Impulsbreite oder durch Verringern der Einschaltdauer, wenn der Spitzenwert des Erfassungswerts des Reflexionslichts einen vorbestimmten Wert überschreitet, der Spitzenwert des Erfassungswerts des Reflexionslichts den vorbestimmten Wert mehr als eine vorbestimmte Anzahl von Durchläufen überschreitet, der Erfassungswert des Reflexionslichts den vorbestimmten Wert für länger als eine vorbestimmte Zeit überschreitet oder der Mittelwert des Erfassungswerts des Reflexionslichts pro vorbestimmter Zeit einen vorbestimmten Wert überschreitet), ein hinreichender und angemessener Spielraum hinsichtlich des Reflexionslichts angesetzt werden, was Verbesserungen sowohl in der Betriebsrate als auch in der Zuverlässigkeit der Laservorrichtung ermöglicht.
Die Temperaturberechnungseinheit kann die Temperatur der Temperaturanstiegsabschnitte aus einer Energieerhaltungsgleichung berechnen, in der ein Wert, der erlangt ist durch Subtrahieren eines Zeitintegrals eines Wärmebetrags, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt abfließt, von einem Zeitintegral eines Wärmebetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, mit einer Energie übereinstimmt, die sich in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat, oder aus einer Gleichung, die durch Modifizieren der Energieerhaltungsgleichung erlangt ist.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung wird der Temperaturanstieg, der in jedem Temperaturanstiegsabschnitt durch das Reflexionslicht verursacht wird, dessen Lichtmenge auf viele Arten und Weisen über die Zeit variiert, aus einer Energieerhaltungsgleichung bestimmt, und deshalb können die Temperaturanstiege in einer Vielzahl von Orten, deren Temperatur aufgrund des Reflexionslichts ansteigen kann, logisch berechnet werden. Im Ergebnis kann ein hinreichender und geeigneter Spielraum angesetzt werden.
Die Temperaturberechnungseinheit kann die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts als eine allgemeine Lösung einer Differenzialgleichung berechnen, die erlangt wird durch zeitliche Ableitung einer Energieerhaltungsgleichung, in der der Wert, der erlangt wird durch Subtrahieren des Zeitintegrals des Wärmebetrags, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, von dem Zeitintegral des Wärmebetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, mit der Energie übereinstimmt, die sich in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung kann die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts als eine allgemeine Lösung einer Differenzialgleichung ohne Verwendung eines numerischen Analyseverfahrens berechnet werden, wie eines Verfahrens mit finiten Elementen, und kann somit mit hoher Geschwindigkeit berechnet werden. Im Ergebnis kann eine Situation verhindert werden, in der die Abgabe des optischen Abgabebefehls oder die Steuerung der Lichtabgabe derart verzögert wird, dass die Laservorrichtung beschädigt wird.
Eine Wärmezuflussbetragsgleichung, die den Erfassungswert umfasst, der durch die Lichterfassungseinheit als eine Funktion erlangt wird, und aus dem der Betrag an der Wärme, die in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, kann in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet werden.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung kann der Wärmebetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, schnell unter Verwendung einer Gleichung berechnet werden, wie einem Polynom, das durch Experiment oder dergleichen vorab bestimmt wird, mit der der Wärmezuflussbetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, wobei die Gleichung den Erfassungswert, der durch die Lichterfassungseinheit als eine Funktion erlangt ist, und den Erfassungswert umfasst, der durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist und der in eine Gleichung der Funktion eingefügt wird.
Ein thermischer Widerstand aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu einem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts und eine thermische Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts können in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet werden. Zudem kann die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung eines Werts berechnen, der erlangt wird durch Teilen einer Temperaturdifferenz - wobei die Temperaturdifferenz erlangt wird durch Subtrahieren einer Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts von der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts - durch den thermischen Widerstand aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts als einen Wärmeausflussbetrag, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, und unter Verwendung eines Werts, der erlangt wird durch Multiplizieren der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts mit der Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts von der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, als die Energie, die sich in den Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung werden der Wärmebetrag, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, und die Energie, die sich in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat, aus dem thermischen Widerstand aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu dem festgelegten Temperaturpunkt und der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts bestimmt, die beide vorab durch thermische Analyse, durch Experiment usw. bestimmt werden. Somit kann der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, schnell berechnet werden, und es kann im Ergebnis die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts schnell berechnet werden.
Der Temperaturberechnungseinheit kann die Temperatur eines linearen Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung von dessen thermischer Kapazität pro Einheitslänge und dessen thermischen Widerstands pro Einheitslänge bis hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt berechnen.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung kann ebenso der Temperaturanstieg bei einem linearen Ort berechnet werden, wie einer optischen Faser.
Die Laservorrichtung kann ebenso eine Vielzahl der Lichterfassungseinheit umfassen, so dass ein Betrag an Reflexionslicht, der sich durch einen Kern der optischen Faser fortpflanzt, und ein Betrag an Reflexionslicht, der sich durch den Mantel der optischen Faser fortpflanzt, getrennt von den Erfassungsergebnissen erfasst werden können, die durch die Vielzahl der Lichterfassungseinheit erlangt sind.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung beeinflusst, abhängig von dem Temperaturanstiegsabschnitt das Reflexionslicht, das sich durch den Kern der optischen Faser fortpflanzt, den Temperaturanstieg darin anders als das Reflexionslicht, das sich durch den Mantel der optischen Faser fortpflanzt. Deshalb kann, durch getrenntes Erfassen der jeweiligen Beträge von Reflexionslicht, das sich durch den Kern fortpflanzt, und von Reflexionslicht, das sich durch den Mantel fortpflanzt, der Wärmezuflussbetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, genauer berechnet werden, mit dem Ergebnis, dass die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts ebenso genauer berechnet werden kann.
Die Laservorrichtung kann ebenso eine Vielzahl der Lichterfassungseinheit umfassen, und es kann zumindest eine der Vielzahl der Lichterfassungseinrichtung eine andere Ansprechwellenlängeneigenschaft hinsichtlich der anderen Lichterfassungseinheiten aufweist.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung können Stokes-Licht, das eine längere Wellenlänge als Laserlicht und andere optische Eigenschaften aufweist, wie eine Reflektanz in einem FBG (einem Faser-Bragg-Gitter) eines Faserlasers über Laserlicht sowie Strahlungslicht und Plasmalicht, die von laserverarbeiteten Teilen abgestrahlt werden, und sich von dem Laserlicht hinsichtlich eines Verhältnisses zwischen dem Erfassungsergebnis und dem Wärmebetrag auf Grund einer Differenz in der Energie pro Photon unterscheiden, separat erfasst werden. Im Ergebnis kann der Wärmebetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, genauer berechnet werden.
Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit kann den optischen Notfallabgabebefehl auf der Grundlage eines Steuerverfahrens zum Regeln der Lichtabgabe relativ zu der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts oder der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts und deren Übergang unter Verwendung der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch den Temperaturberechnungsabschnitt berechnet sind, als Eingabedaten bestimmen.
Die vorstehend beschriebene Regelung ist ein einfaches Steuerverfahren, was bedeutet, dass die Belastung der Notfallbefehlsbestimmungseinheit klein ausfällt, und dass deshalb der optische Notfallabgabebefehl im Wesentlichen zu demselben Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem auch die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts berechnet wird. Im Ergebnis können schnell Gegenmaßnahmen ergriffen werden, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit kann einen Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts ab einem bestimmten Zeitpunkt von zumindest berechneten Temperaturen des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch den Temperaturberechnungsabschnitt berechnet sind, bei und bis hin zu dem bestimmten Zeitpunkt vorhersagen und entweder den optischen Abgabebefehl, der momentanen durch die Steuereinheit ausgegeben wird, oder den optischen Abgabebefehl, der im Begriff ist, durch die Steuereinheit ausgegeben zu werden, und den optischen Notfallabgabebefehl durch Bezugnahme auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bestimmen.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung wird eine Regelung ausgeführt durch Bezugnahme auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, und deshalb kann die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts genauer geregelt werden. Im Ergebnis kann die Wahrscheinlichkeit verringert werden, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in großem Maße die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Die Laservorrichtung kann derart konfiguriert sein, dass die Lichtabgabe des Laserlichts unmittelbar dann angehalten wird, wenn die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch den Temperaturberechnungsabschnitt in Relation zu dem Temperaturanstiegsabschnitt berechnet ist, die erste vorbestimmte Temperatur erreicht oder die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die erste vorbestimmte Temperatur überschreitet.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung, selbst in Fällen, in denen ein übermäßig großer Betrag an Reflexionslicht plötzlich entsteht, wird die Laserlichtabgabe angehalten, sobald die in Relation zu jedem Temperaturanstiegsabschnitt berechnete Temperatur die erste vorbestimmte Temperatur erreicht oder überschreitet. Im Ergebnis kann eine Beschädigung der Laservorrichtung vermieden werden.
Die Laservorrichtung kann mit einem Netzwerk zusammen mit der Temperaturberechnungseinheit verbunden sein und verwendet die Temperaturberechnungseinheit gemeinsam mit einer Vielzahl von Laservorrichtungen innerhalb derselben Zelle, wobei die Vielzahl von Laservorrichtungen ebenso mit dem Netzwerk verbunden ist.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung wird die Temperaturberechnungseinheit, die eine Rechenleistung mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von Mikrosekunden erfordert, gemeinsam unter einer Vielzahl von Laservorrichtungen verwendet, und können somit im Ergebnis Teilekosten verringert werden. Durch Begrenzen der Laservorrichtungen, die mit der gemeinsam verwendeten Temperaturberechnungseinheit über das Netzwerk verbunden sind, auf diejenigen Laservorrichtungen innerhalb derselben Zelle, kann des Weiteren die Temperaturberechnungseinheit als ein Netzrandcomputer fungieren, so dass die Berechnungsergebnisse, die durch die Temperaturberechnungseinheit erlangt sind, zu den Steuereinheiten und Notfallbefehlsbestimmungseinheiten im Wesentlichen ohne Zeitverzögerung gesendet werden können, die durch eine Kommunikation oder dergleichen verursacht werden. Im Ergebnis kann eine Verzögerung im Umschalten zu dem optischen Notfallabgabebefehl und der darauffolgende Schaden an den Laservorrichtungen verhindert werden.
Die Temperaturberechnungseinheit kann kommunikationsfähig mit einer ersten Lerneinheit einer ersten Maschinenlernvorrichtung verbunden sein, und es kann hinsichtlich zumindest eines Temperaturanstiegsabschnitts der Laservorrichtung, die erste Lerneinheit durch maschinelles Lernen zumindest eine entweder einer Gleichung, aus der eine physikalische Größe berechnet werden kann, oder einer physikalischen Größe, unter der Wärmezuflussbetragsgleichung, die den Erfassungswert umfasst, der durch die Lichterfassungseinheit als eine Funktion erlangt ist und aus dem der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu dem festgelegten Temperaturpunkt erlernen. Die Temperaturberechnungseinheit kann dann die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts durch Bezugnahme auf ein durch die erste Lerneinheit erlangtes Lernergebnis berechnen, wobei das Lernergebnis aus der ersten Lerneinheit erlangt wird und in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet wird.
Näherungswerte der thermischen Kapazität und des thermischen Widerstands eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts können aus Werten der Materialeigenschaft, aus thermischer Analyse usw. bestimmt werden, obwohl diese nicht mit garantierter Genauigkeit in sich vorliegen, und deshalb ist es durch Durchführen wiederholter Tests möglich, den Wärmezuflussbetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, als eine Gleichung (ein Polynom oder dergleichen) zu bestimmen, die den durch die Lichterfassungseinheit erlangten Erfassungswert als eine Funktion verwendet. Da es schwierig ist, den Betrag an Reflexionslicht zu regeln, während Laserlicht abgestrahlt wird, ist es jedoch schwierig, die Testbedingungen zu steuern, und im Ergebnis sind viele Mannstunden erforderlich, um die Funktion mit einem hinreichenden Grad an Genauigkeit zu bestimmen. In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung werden diese physikalischen Größen bestimmt, indem sie wiederholt durch maschinelles Lernen erlernt und können deshalb ohne menschliches Eingreifen genau bestimmt werden.
Die erste Maschinenlernvorrichtung kann eine erste Zustandsbeobachtungseinheit umfassen, und zumindest während einer Lernzeitspanne kann die erste Zustandsbeobachtungseinheit kommunikationsfähig mit der Steuereinheit einer Lernlaservorrichtung verbunden sein, die angelegt ist, um die Temperatur von zumindest einem Temperaturanstiegsabschnitt unter Verwendung von zumindest einer Temperaturerfassungseinheit messen zu können und die den optischen Abgabebefehl gemäß einem optischen Lernabgabebefehlsprogramm ausführt, wodurch die erste Zustandsbeobachtungseinheit das durch die Lichterfassungseinheit erlangte Erfassungsergebnis und ein die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angebendes Messergebnis, das durch die Temperaturerfassungseinheit erlangt ist, als Zustandsdaten beobachtet, die sich auf die Lernlaservorrichtung beziehen, die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf derart verarbeitet, dass die Daten mit Leichtigkeit durch die erste Lerneinheit verwendet werden können, und dann die Daten zu der ersten Lerneinheit ausgibt. Die erste Lerneinheit kann dann ein Modell erlernen, das sich auf die Regelmäßigkeit der Zustandsdaten der Lernlaservorrichtung bezieht, wobei die Zustandsdaten das durch die Lichterfassungseinheit erlangte Erfassungsergebnis und das die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angebende Messergebnis umfasst, die durch die Temperaturerfassungseinheit erlangt sind, und dann, als ein Lernergebnis, ein erstes Lernmodell aufbaut, das zumindest eine entweder einer Gleichung, aus der einer physikalischer Größe berechnet werden kann, oder einer physikalischen Größe umfasst, unter dem Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt und der als eine Funktion des Erfassungswerts, der durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu dem festgelegten Temperaturpunkt berechnet werden können.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung wird eine große Anzahl von Erfassungsergebnissen aus den Lichterfassungseinheiten und die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angebende Messergebnisse erlangt, während die Laserabgabe und die Reflexionslichterfassungsbedingungen als Eingabedaten aus der Lernlaservorrichtung variieren, in der die Temperaturerfassungseinheit angelegt ist, um die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts messen zu können, woraufhin ein Modell, das sich auf die Regelmäßigkeit oder dergleichen der Eingabedaten bezieht, durch nicht-überwachtes Lernen maschinell erlernt wird. Im Ergebnis kann eine Gleichung (eine Funktion) oder ein Wert, der als geeignet angenommen wird, in Relation zu der Gleichung, aus der die vorstehend beschriebenen physikalischen Größen berechnet werden können, oder zu den physikalischen Größen hergeleitet werden.
In der Laservorrichtung kann eine zweite Maschinenlernvorrichtung, die eine zweite Zustandsbeobachtungseinheit, eine Label-Erlangungseinheit und eine zweite Lerneinheit aufweist, kommunikationsfähig mit der Steuereinheit verbunden sein, kann die zweite Zustandsbeobachtungseinheit die Zustandsdaten beobachten, die den Zustand der Laservorrichtung einschließlich des optischen Abgabebefehls beobachtet, kann die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf verarbeiten, so dass die Daten mit Leichtigkeit durch die zweite Lerneinheit verwendet werden können, und kann dann die Daten zu der zweiten Lerneinheit als Eingabedaten ausgeben, und es kann die Label-Erlangungseinheit, als ein Label, zeitserielle Daten entsprechend den Eingabedaten und auf die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bezogen erlangen, die durch den Temperaturberechnungseinheit berechnet ist, und ein Erfassungsergebnis zu der zweiten Lerneinheit ausgeben. Des Weiteren kann die zweite Lerneinheit eine Fehlerberechnungseinheit, die einen Fehler in dem Label relativ zu den Eingabedaten auf der Grundlage eines zweiten Lernmodells berechnet, das aus den Eingabedaten aufgebaut ist, um das Label darzustellen, und eine Lernmodellaktualisierungseinheit umfassen, die das zweite Lernmodell gemäß dem Fehler aktualisiert. Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit kann dann den Übergang der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit durch Bezugnahme auf ein Lernergebnis vorhersagen, das durch die zweite Lerneinheit durch wiederholtes Aktualisieren des zweiten Lernmodells erlernt ist, und den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf bestimmen und ausgeben, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nicht die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung kann durch Bestimmen, mittels maschinellen Lernens, der Art und Weise, in der die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in Antwort auf den optischen Abgabebefehl variiert, wenn sich die Laservorrichtung in verschiedenen Zuständen befindet, die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls ohne menschliches Eingreifen genau vorhergesagt werden.
Im Einzelnen kann durch Ansetzen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts als ein Label (korrekte Antwortdaten), durch Eingeben einer großen Anzahl von Probenpaaren von Labels und Eingabedaten, die den Zustand der Laservorrichtung beschreiben einschließlich des optischen Abgabebefehls, und durch Aufbauen eines Lernmodells aus den Eingabedaten durch nicht-überwachtes Lernen zum Darstellen des Labels, die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts relativ zu den Eingabedaten einschließlich des optischen Abgabebefehls vergleichsweise leicht vorhergesagt werden.
In der Laservorrichtung kann eine dritte Maschinenlernvorrichtung, die eine dritte Zustandsbeobachtungseinheit, eine Bestimmungsdatenerlangungseinheit, eine dritte Lerneinheit und eine Entscheidungsfindungseinheit aufweist, kommunikationsfähig mit der Steuereinheit verbunden werden, und es kann die dritte Lerneinheit eine Belohnungsberechnungseinheit und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit umfassen, und es kann die dritte Zustandsbeobachtungseinheit Zustandsdaten beobachten, die den Zustand der Laservorrichtung beschreiben und zeitserielle Daten umfassen, die sich auf den optischen Abgabebefehl bis hin zu einem bestimmten Zeitpunkt beziehen, und die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bis hin zu dem bestimmten Zeitpunkt umfassen, kann die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf derart verarbeiten, dass die Daten mit Leichtigkeit durch die dritte Lerneinheit verwendet werden können, und kann dann die Daten zu der dritten Lerneinheit als Eingabedaten ausgeben. Die Entscheidungsfindungseinheit kann dann auf ein durch die dritte Lerneinheit erlangtes Lernergebnis Bezug nehmen, und nach der Vorhersage, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, falls der optische Abgabebefehl in seiner Ausführung nach dem bestimmten Zeitpunkt fortgesetzt wird, einen optischen Abgabebefehl bestimmen, durch den geschätzt werden kann, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nach dem bestimmten Zeitpunkt hin zu der zweiten vorbestimmten Temperatur geregelt werden wird, und kann den bestimmten optischen Abgabebefehl zu der Steuereinheit der Laservorrichtung ausgeben. Des Weiteren kann die Bestimmungsdatenerlangungseinheit eine Differenz zwischen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts - wobei die berechnete Temperatur das Ergebnis des optischen Abgabebefehls ist, der durch die Entscheidungsfindungseinheit bestimmt und ausgegeben ist - und der zweiten vorbestimmten Temperatur als Bestimmungsdaten erlangen, und die erlangten Bestimmungsdaten zu der Belohnungsberechnungseinheit ausgeben, woraufhin die Belohnungsberechnungseinheit entweder eine positive Belohnung oder eine negative Belohnung in Antwort auf die Bestimmungsdaten berechnen kann. Die Wertefunktionsaktualisierungseinheit kann dann eine Wertefunktion auf der Grundlage der berechneten Belohnung aktualisieren, und kann zu einem Zeitpunkt außerhalb einer Zeitspanne, in der die Laservorrichtung zum Lernen verwendet wird, die Notfallbefehlsbestimmungseinheit der Laservorrichtung den Übergang der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit durch Bezugnahme auf die Wertefunktion vorhersagen, die als ein Lernergebnis dient, das durch die dritte Lerneinheit durch wiederholtes Aktualisieren der Wertefunktion erlangt ist, und kann den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf bestimmen und ausgeben, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet.
In der wie vorstehend beschrieben aufgebauten Laservorrichtung kann durch Erlernen, mittels Versuch und Fehler, der optimalen Maßnahme (Abgabe des optischen Notfallabgabebefehls), der durch die Laservorrichtung in jedem aus verschiedenen Betriebszuständen durchzuführen ist, auf der Grundlage der Bestimmungsdaten, um die Laservorrichtung zu veranlassen, um einen Sollbetrieb durchzuführen, ein optischer Abgabebefehl zum Regeln der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts auf eine Solltemperatur ohne menschliches Eingreifen unter Bedingungen genauer ausgegeben werden, in denen der Zustand der Laservorrichtung variiert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann durch Berechnen, mit hoher Geschwindigkeit, der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, der durch einen Temperaturanstieg beschädigt werden kann, der wiederum durch Reflexionslicht verursacht wird, dass mit hoher Geschwindigkeit und auf verschiedene Arten und Weisen über die Zeit variiert wird, und durch Umschalten von einem zuvor angesetzten optischen Abgabebefehl zu einem optischen Notfallabgabebefehl zum Verringern der Laserlichtabgabe oder dergleichen nach Bedarf auf der Grundlage der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, ein geeigneter, hinreichender und notwendiger Spielraum zu jedem Zeitpunkt sichergestellt werden. Im Ergebnis kann eine hochgradig verlässliche Laservorrichtung bereitgestellt werden, die eine hohe maschinelle Bearbeitungseffizienz aufweist, in der die Laserlichtabgabe nicht unnötig verringert wird und Laservorrichtung nicht beschädigt wird. Des Weiteren werden die physikalischen Größen und Gleichungen, die zum Berechnen der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts erforderlich sind, und der optische Notfallabgabebefehl zum Regeln der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts auf eine Solltemperatur bestimmt, indem diese durch maschinelles Lernen erlernt werden, und deshalb ist menschliches Eingreifen nicht erforderlich, was wiederum bedeutet, dass die Entwicklungskosten gesenkt werden können. Im Ergebnis kann die vorstehend beschriebene hochzuverlässige Laservorrichtung, die eine hohe maschinelle Bearbeitungseffizienz aufweist, ohne einen großen Kostenzuwachs bereitgestellt werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 eine Musterdarstellung, die einen Wärmefluss durch einen Temperaturanstiegsabschnitt zeigt;
3 eine Ansicht, die zu Vergleichszwecken sowohl einen Graph eines Beispiels, in dem ein Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt durch die Laservorrichtung gemäß 1 berechnet wird, als auch einen Graph eines gleitenden Mittelwerts eines Erfassungswerts zeigt, der durch die Lichterfassungseinrichtung erlangt wird, gemäß dem Stand der Technik;
4 eine Ansicht, die zu Vergleichszwecken sowohl einen Graph eines Beispiels, in dem der Temperaturanstieg in der Temperaturanstiegsabschnitt durch die Laservorrichtung gemäß 1 berechnet wird, als auch einen Graph des gleitenden Mittelwerts des Erfassungswerts zeigt, der durch die Lichterfassungseinrichtung erlangt wird, gemäß Stand der Technik;
5 eine Ansicht, die einen Graph eines Beispiels zeigt, in dem der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt durch die Laservorrichtung gemäß 1 in einem Fall berechnet wird, in dem der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, impulsförmig variiert, unter der Annahme, dass ein Erfassungswert des Reflexionslichts oder dergleichen, das durch die Lichterfassungseinrichtung erfasst wird, proportional zu dem Wärmebetrag vorliegt, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt;
6 eine Ansicht, die einen Graph eines Beispiels zeigt, in dem der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt durch die Laservorrichtung gemäß 1 in einem Fall berechnet wird, in dem der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, impulsförmig variiert, unter der Annahme, dass ein Erfassungswert des Reflexionslichts oder dergleichen, das durch die Lichterfassungseinrichtung erfasst wird, proportional zu dem Wärmebetrag vorliegt, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt;
7 eine Ansicht, die einen Graph eines Beispiels zeigt, in dem der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt durch die Laservorrichtung gemäß 1 in einem Fall berechnet wird, in dem der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, impulsförmig variiert, unter der Annahme, dass ein Erfassungswert des Reflexionslichts oder dergleichen, das durch die Lichterfassungseinrichtung erfasst wird, proportional zu dem Wärmebetrag vorliegt, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt;
8 eine Ansicht, die ein Beispiel einer Variationen in dem Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt in einem Fall zeigt, in dem die Lichtabgabe durch eine Rückkoppelung des berechneten Temperaturanstiegs in dem Temperaturanstiegsabschnitt geregelt wird;
9 eine Ansicht, die ein Beispiel einer Variation in dem Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt in einem Fall zeigt, in dem ein optischer Abgabebefehl vorab eingelesen wird, der Übergang des Temperaturanstiegs in dem Temperaturanstiegsabschnitt vorhergesagt wird und die Lichtabgabe auf der Grundlage des Vorhersageergebnisses geregelt wird;
10 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
11 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 eine Blockdarstellung, die einen weiteren Konzeptaufbau der Laservorrichtung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau eines Beispiels einer Laservorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau eines weiteren Beispiels der Laservorrichtung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Lernprozesses bis hin zu einem Punkt zeigt, bei dem die zweite Maschinenlernvorrichtung ein Lernergebnis zu der Laservorrichtung ausgibt, die in 13 oder 14 gezeigt ist;
16 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau eines Beispiels einer Laservorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau eines weiteren Beispiels der Laservorrichtung gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 eine Ansicht, die ein Beispiel eines Belohnungseinstellungsverfahrens zeigt, das in der Laservorrichtung verwendet wird, die wiederum in 16 oder 17 gezeigt ist;
19 ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines Lernprozesses bis hin zu einem Punkt zeigt, bei dem eine dritte Maschinenlernvorrichtung ein Lernergebnis zu der Laservorrichtung ausgibt, die in 16 oder 17 gezeigt ist; und
20 eine Ansicht, die ein weiteres Beispiel des Belohnungseinstellungsverfahrens zeigt, das in der Laservorrichtung verwendet wird, die wiederum in 16 oder 17 gezeigt ist.

[Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele]
Ausführungsbeispiele der Laservorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. In den Zeichnungen wurden identischen Elementen identische Bezugszeichen zugewiesen. Des Weiteren ist angenommen, dass Elemente, denen identische Bezugszeichen in verschiedenen Figuren zugewiesen wurden, Aufbauelemente sind, die identische Funktionen aufweisen. Es sei darauf hingewiesen, dass zum klaren Verständnis der Figuren die Maßstäbe nach Bedarf modifiziert sind.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Eine Laservorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst einen Laseroszillator 2, eine Stromzufuhreinheit 3, ein optisches Lasersystem 4, zwei Lichterfassungseinrichtungen 5, eine Steuereinheit 6, eine Temperaturberechnungseinheit 7 und eine Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8.
Die Stromzufuhreinheit 3 führt dem Laseroszillator 2 einen Antriebsstrom zu. Das optische Lasersystem 4 umfasst einen maschinellen Bearbeitungskopf 9 zur Bestrahlung eines Werkstücks 12, das als ein Ziel der maschinellen Laserbearbeitung dient, mit einem Laserlicht 11, das aus dem Laseroszillator 2 durch eine optische Faser 10 abgestrahlt wird. Die zwei Lichterfassungseinrichtungen 5 sind jeweils in der Lage, das von dem Laseroszillator 2 abgestrahlte Licht und das Reflexionslicht, das sich im Wesentlichen in der entgegengesetzten Richtung gegenüber dem Laserlicht fortpflanzt, zu erfassen. Die Steuereinheit 6 gibt ein Steuersignal entsprechend einem optischen Abgabebefehl zu zumindest einem Teil der Laservorrichtung 1 aus und gibt einen Stromabgabebefehl entsprechend dem optischen Abgabebefehl zu der Stromzufuhreinheit 3 aus. Die Temperaturberechnungseinheit 7 verwendet Erfassungsergebnisse, die durch die Lichterfassungseinrichtungen 5 erlangt sind, um die Temperatur von zumindest einem Temperaturanstiegsabschnitt unter jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitten der Laservorrichtung 1 zu erfassen, deren Temperatur zumindest in Antwort auf das Reflexionslicht ansteigt. Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 nimmt Bezug auf die Temperatur der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet sind, und um sicherzustellen, dass die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts eine erste vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet, die eine zulässige obere Grenztemperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts ist und auf einer niedrigeren Temperatur als eine obere Grenzwärmewiderstandstemperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts angesetzt ist unter Verwendung der oberen Grenzwärmewiderstandstemperatur als eine Referenz, und gibt nach Bedarf einen optischen Notfallabgabebefehl mit dem Ziel des Regelns der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts entweder hin zu einer zweiten vorbestimmten Temperatur, die eine Regelsolltemperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts ist und auf eine niedrigere Temperatur als die erste vorbestimmte Temperatur angesetzt ist, oder eine niedrigere Temperatur als die zweite vorbestimmte Temperatur und gibt diese aus. Wenn die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 den optischen Notfallabgabebefehl ausgibt, dann ist die Steuereinheit 6 konfiguriert, um dadurch den optischen Abgabebefehl, der durch sie ausgegeben wird, zu dem optischen Notfallabgabebefehl umzuschalten und den optischen Notfallabgabebefehl auszugeben.
In 1 gibt der Pfeil mit schwarzer Umrandung das Laserlicht an, und geben die durchgezogenen Linien Signalleitungen und dergleichen sowie die Signalrichtungen an. Dies trifft ebenso auf die Blockdarstellungen zu, die Konzeptaufbauten zeigen, die der 1 nachfolgen.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 der maschinelle Bearbeitungskopf 9 und die optische Faser 10 zusammen mit dem optischen Lasersystem 4 gezeigt sind, aber in dieser Beschreibung, soweit nicht anders angegeben, umfasst der Ausdruck „das optische Lasersystem 4“ den maschinellen Bearbeitungskopf 9, die optische Faser 10 usw., und wenn der Laseroszillator 2 ein Laserdiodenmodul als eine Erregungslichtquelle verwendet, dann wird angenommen, dass ein optisches Verstärkungsmedium, wie eine verstärkende optische Faser, und ein optisches System zum Eingeben des Laserlichts in das optische Verstärkungsmedium ebenso in dem optischen Lasersystem umfasst sind. Wenn der Laseroszillator 2 ein Laserdiodenmodul als eine Laserlichtquelle verwendet, dann wird des Weiteren angenommen, dass ein Multiplexer zum Multiplexen des Laserlichts von dem Laserdiodenmodul usw. ebenso in dem optischen Lasersystem umfasst ist.
Ein Teil des Laserlichts, das aus dem Laseroszillator 2 abgestrahlt wird, kann durch die Oberfläche des Werkstücks 12 (des Ziels der maschinellen Laserbearbeitung), ein Sendefenster des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 oder dergleichen reflektiert werden, so dass es sich durch das optische Lasersystem 4 in einer entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des von dem Laseroszillator 2 abgestrahlten Laserlichts fortpflanzt, wodurch die Temperaturen der jeweiligen Teile des Laseroszillators 2 und des optischen Lasersystems 4 ansteigen, und so Schäden daran verursachen. Daher besteht der Zweck der vorliegenden Erfindung im Sicherstellen, dass die jeweiligen Teile des Laseroszillators 2 und des optischen Lasersystem 4 niemals auf Grund eines übermäßigen Anstiegs in deren Temperatur beschädigt werden, während ebenso sichergestellt wird, dass die Laserlichtabgabe nicht unnötig verringert wird, was ansonsten zu maschinellen Bearbeitungsdefekten und einer Verringerung in der maschinellen Bearbeitungseffizienz führen würde, durch Berechnen der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, der durch einen Temperaturanstieg beschädigt wird, der wiederum durch zumindest das Reflexionslicht verursacht wird, und durch Umschalten des optischen Abgabebefehls nach Bedarf auf der Grundlage der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, d.h. des Berechnungsergebnisses, so dass die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts eine vorbestimmte Temperatur nicht erreicht oder überschreitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass in 1 eine Antriebseinheit 13 verwendet wird, um relative Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 zu variieren, und entweder die Position auf der Seite des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 variiert werden kann, indem der maschinelle Bearbeitungskopf 9 unter Verwendung einer Roboterhand oder dergleichen ergriffen wird, oder der optische Abgabebefehl einen Befehl umfassen kann, der durch die Antriebseinheit 13 ausgegeben wird, um die relativen Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 zu variieren. Des Weiteren kann die Antriebseinheit 13, durch Ersetzen des Werkstücks 12 durch eine Lichterfassungseinrichtung 5, die von der in 1 gezeigten verschieden ist, verwendet werden, um zu prüfen, ob eine Abweichung zwischen dem optischen Abgabebefehl und der Ist-Lichtabgabe gemäß einem vorbestimmten Plan auftrat oder nicht, und durch Ersetzen des Werkstücks 12 durch ein absorbierendes Material kann die Antriebseinheit 13 verwendet werden, um zu prüfen, ob Reflexionslicht, das von dem Reflexionslicht von dem Werkstück 12 verschieden ist, auf Grund einer Kontamination des Sendefensters des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 oder dergleichen anstieg oder nicht.
Des Weiteren bezeichnet in 1 jede Einheit einen Funktionsblock, aber es können die Funktionen einer Vielzahl der Funktionsblöcke in einem einzelnen Funktionsblock vorgesehen sein. Die Temperaturberechnungseinheit 7 und die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 können z.B. in der Steuereinheit 6 integriert sein, so dass die Steuereinheit 6 die Funktionen der Temperaturberechnungseinheit 7 und der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 umfasst.
Als nächstes ist hinsichtlich des Verfahrens, durch das die Temperaturberechnungseinheit 7 die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte berechnet, die zu Grunde liegende Gleichung des Verfahrens eine Energieerhaltungsgleichung, in der ein Wert - der erhalten wird durch Subtrahieren eines Zeitintegrals eines Wärmeabflussbetrags, d.h. des Wärmebetrags, der aus jedem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, von einem Zeitintegral eines Wärmezuflussbetrags, d.h. des Wärmebetrags, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt - mit der zusätzlichen Energie übereinstimmt, die sich in jedem Temperaturanstiegsabschnitt aus einem Zustand des thermischen Gleichgewichts heraus akkumuliert.
Diese Energieerhaltungsgleichung ist spezifischer in der nachstehenden Gleichung (1) gezeigt, und 2 zeigt eine Musterdarstellung, die wiederum einen Wärmefluss zeigt, der den Wärmezuflussbetrag, der in einen einzelnen Temperaturanstiegsabschnitt einfließt, und den Wärmeabflussbetrag (einen Wärmeabfuhrbetrag) aus dem Temperaturanstiegsabschnitt darstellt. $\int_{t' = 0}^{t} q_{i} (t') d t' - \int_{t' = 0}^{t} \frac{T_{i} (t')}{R_{i}} d t' = C_{i} \cdot T_{i} (t)$
In Gleichung (1) ist q_i(t) der Wärmezuflussbetrag (W), der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, der mit der Zeit variiert, wobei i ein Index zum Identifizieren des Temperaturanstiegsabschnitts ist. Somit ist der erste Ausdruck auf der linken Seite der Gleichung (1) das Zeitintegral des Wärmezuflussbetrags (W), der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt. Des Weiteren ist T_i(t) eine Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur bei einem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts von der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, und gibt dadurch eine Temperaturerhöhung (K) von der Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt an. Der festgelegte Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts ist ein Punkt (eine Position oder Ort), bei dem die Temperatur eines jeden der Temperaturanstiegsabschnitte eine identische Temperatur in einem Zustand des thermischen Gleichgewichts erreicht, d.h. wenn der Wärmezuflussbetrag in den Temperaturanstiegsabschnitt 0 (Null) beträgt. Wenn der Temperaturanstiegsabschnitt thermisch mit einer wassergekühlten Platte verbunden ist, dann dient das Kühlwasser als der festgelegte Temperaturpunkt, aber Umgebungsluft, durch die der Temperaturanstiegsabschnitt luftgekühlt wird, kann ebenso als der festgelegte Temperaturpunkt betrachtet werden. R_i bezeichnet einen thermischen Widerstand (K/W) zwischen dem Temperaturanstiegsabschnitt und dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts. Somit ist der zweite Ausdruck auf der linken Seite von Gleichung (1) das Zeitintegral des Wärmeabflussbetrags (W), der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt. C_i bezeichnet die thermische Kapazität (J/K) des Temperaturanstiegsabschnitts. Somit ist die rechte Seite von Gleichung (1) die Energie (J), die sich in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat. Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt zum Beispiel unter Verwendung einer Temperaturerfassungseinrichtung erfasst werden kann.
Es ist nicht unmöglich, die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts aus der Gleichung (1) zu berechnen, indem eine Näherungslösung unter Verwendung eines numerischen Analyseverfahrens bestimmt wird, wie einem Verfahren mit finiten Elementen, aber das Erlangen einer Lösung erfordert Zeit, was es wiederum schwierig macht, die Laserlichtabgabe in der Größenordnung von Mikrosekunden zu steuern. Jedoch wird durch zeitliches Ableiten beider Seiten der Gleichung (1) die Gleichung (2) erlangt, und mit dieser gewöhnlichen linearen Differenzialgleichung erster Ordnung kann eine allgemeine Lösung bestimmt werden. Diese allgemeine Lösung kann wie in Gleichung (3) gezeigt ausgedrückt werden. $q_{i} (t) - \frac{T_{i} (t)}{R_{i}} = C_{i} \frac{d T_{i} (t)}{d t}$
$T_{i} (t) = {\int_{t' = 0}^{t} [\frac{q_{i} (t')}{C_{i}} exp (\frac{t'}{C_{i} \cdot R_{i}})] d t'} exp (- \frac{t}{C_{i} \cdot R_{i}})$
Die Temperatur eines jeden der Temperaturanstiegsabschnitte kann als eine allgemeine Lösung einer Differenzialgleichung berechnet werden, und deshalb, im Gegensatz zu einem Fall, in dem eine Näherungslösung unter Verwendung eines numerischen Analyseverfahrens bestimmt wird, wie eines Verfahrens mit finiten Elementen, wie vorstehend beschrieben wurde, kann die Laserlichtabgabe in der Größenordnung von Mikrosekunden geregelt werden, indem ein Hochleistungscomputer als Temperaturberechnungseinheit eingesetzt wird. Im Ergebnis kann eine Situation verhindert werden, in der eine Verringerung der Laserlichtabgabe derart verzögert wird, dass die Laservorrichtung 1 durch das Reflexionslicht beschädigt wird. Des Weiteren wird unter Verwendung der Temperatur, die in Relation zu jedem Temperaturanstiegsabschnitt berechnet ist, die Laserlichtabgabe lediglich bei Bedarf verringert, oder genauer gesagt dann, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts eine vorbestimmte Temperatur (die „zweite vorbestimmte Temperatur“, die nachstehend beschrieben werden wird) überschreitet oder im Begriff ist, diese zu überschreiten, und können deshalb das Auftreten vermeidbarer maschineller Bearbeitungsdefekte und unnötige Verringerungen in der maschinellen Bearbeitungseffizienz verhindert werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung von Gleichung (3) berechnet wird, es ist nicht immer nötig ist, eine Integralberechnung als eine mathematische Operation durchzuführen, und es versteht sich von selbst, dass die Temperatur eines jeden der Temperaturanstiegsabschnitte ebenso berechnet werden kann, indem der Integralabschnitt mit einer Näherungssumme ersetzt wird, wie in Gleichung (4) gezeigt ist. $\int_{t' = 0}^{t} f (t') d t' = \sum_{i = 1}^{n} f (t_{i}) Δ t$
Hierbei gilt: $Δ t = \frac{t}{n'} f (t_{1}) = f (0), f (t_{n}) = f (t - Δ t) \approx f (t)$
Es sei darauf hingewiesen, dass zur Berechnung der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Gleichung die jeweiligen thermischen Widerstände aus den Temperaturanstiegsabschnitten zu den festgelegten Temperaturpunkten der Temperaturanstiegsabschnitte und die thermischen Kapazitäten der Temperaturanstiegsabschnitte vorzugsweise in der Temperaturberechnungseinheit 7 aufgezeichnet werden. Hinsichtlich eines linearen Temperaturanstiegsabschnitts, wie einer optischen Faser, wird die Temperatur des linearen Temperaturanstiegsabschnitts vorzugsweise unter Verwendung von dessen thermischer Kapazität pro Einheitslänge und von dessen thermischen Widerstand pro Einheitslänge bis hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt berechnet. Falls die Eigenschaften und Strukturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte bekannt sind, können die thermischen Widerstände und die thermischen Kapazitäten der Temperaturanstiegsabschnitte durch thermische Analyse oder dergleichen geschätzt werden.
Um den Wärmezuflussbetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt einfließt, der wiederum in der vorstehend beschriebenen Gleichung verwendet wird, wird des Weiteren eine Wärmezuflussbetragsgleichung, die einen Erfassungswert von zumindest einer der Lichterfassungseinrichtung 5 als eine Funktion umfasst, und aus der der Wärmezuflussbetrag, der in die Temperaturanstiegsabschnitt einfließt, berechnet werden kann, vorzugsweise in der Temperaturberechnungseinheit 7 aufgezeichnet. Selbst in einem Zustand, in dem kein Reflexionslicht vorliegt, wird des Weiteren die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts oft durch das von dem Laseroszillator 2 abgestrahlte Laserlicht erhöht, und deshalb ist es hinsichtlich des Wärmezuflussbetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, bevorzugt, zumindest sowohl die Laserlichtabgabe als auch den Betrag an Reflexionslicht zu berücksichtigen. Um den Auswirkungen der Laserlichtabgabe in der Berechnung des Wärmezuflussbetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hinein fließt, Rechnung zu tragen, kann das Erfassungsergebnis von der Lichterfassungseinrichtung 5 verwendet werden, oder es kann der optische Abgabebefehl anstelle des Erfassungsergebnisses aus der Lichterfassungseinrichtung 5 verwendet werden. Wenn der optische Abgabebefehl verwendet wird, dann kann der Betrag an Reflexionslicht unter der Annahme erfasst werden, dass ein Anstieg in dem optischen Abgabebefehl von dem Erfassungswert durch das Reflexionslicht verursacht wird, wobei der Erfassungswert durch die Lichterfassungseinrichtung 5 in einem Zustand erlangt ist, in dem kein Reflexionslicht vorliegt. Des Weiteren, unter Verwendung von zumindest zwei Lichterfassungseinrichtungen 5, können die Laserlichtabgabe und das Reflexionslicht getrennt erfasst werden.
Des Weiteren unterscheidet sich, hinsichtlich des Reflexionslichts das Reflexionslicht, das sich durch den Kern der optischen Faser 10 fortpflanzt, von dem Reflexionslicht, das sich durch den Mantel der optischen Faser fortpflanzt, hinsichtlich von dessen Wirkung auf den Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt dahingehend, dass das Erstere mit größerer Wahrscheinlichkeit sich tief in die Laservorrichtung 1 fortpflanzen wird, wohingegen das Letztere aus der optischen Faser 10 weiter hin zu der Frontseite (der Seite des optischen Lasersystems 4) herausstreut, usw. Wie in 1 gezeigt ist, ist deshalb die Lichterfassungseinrichtung 5 vorzugsweise in einer Vielzahl vorgesehen, so dass der Betrag an Reflexionslicht, das sich durch den Kern der optischen Faser 10 fortpflanzt, und der Betrag an Reflexionslicht, das sich durch den Mantel des optischen Faserszene fortpflanzt, getrennt von den Erfassungsergebnis erfasst werden können, die durch die Vielzahl von Lichterfassungseinrichtungen 5 erlangt sind. Wenn zum Beispiel ein Spleiß einer optischen Faser zwischen der Lichterfassungseinrichtung 5 auf der linken Seite und der Lichterfassungseinrichtung 5 auf der rechten Seite in 1 vorgesehen ist, dann ist die Lichterfassungseinrichtung 5 auf der rechten Seite in der Lage, Reflexionslicht, das sich durch den Mantel fortpflanzt, zu erfassen, aber sie ist im Wesentlichen nicht in der Lage, Reflexionslicht erfassen, dass sich durch den Kern fortpflanzt. Ein Teil des Reflexionslichts, das sich durch den Kern fortpflanzt, streut jedoch aus dem Kern in den Mantel bei dem Spleiß, und deshalb kann die Lichterfassungseinrichtung 5 auf der linken Seite das sich durch den Kern fortpflanzende Reflexionslicht erfassen. Im Ergebnis können das sich durch den Kern der optischen Faser 10 fortpflanzende Reflexionslicht und das sich durch den Mantel der optischen Faser 10 fortpflanzende Reflexionslicht getrennt aus den Erfassungsergebnissen erfasst werden, die durch die Lichterfassungseinrichtungen 5 auf der linken und rechten Seite erlangt sind.
Wenn des Weiteren die Vielzahl von Lichterfassungseinrichtungen 5 vorgesehen sind, dann ist es effizient, mehrere der Vielzahl von Lichterfassungseinrichtungen 5 mit unterschiedlichen Ansprechwellenlängencharakteristiken hinsichtlich der anderen Lichterfassungseinrichtungen 5 vorzusehen, indem diese Lichterfassungseinrichtungen 5 konfiguriert werden, um Licht verschiedener Wellenlängen hinsichtlich jener des Laserabgabelichts zu erfassen. Der Wärmezuflussbetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, kann genauer berechnet werden, indem das Reflexionslicht (zurückkehrendes Licht), das eine andere Wellenlänge als das Laserlicht aufweist, erfasst wird, wie Stokes-Licht, das erzeugt wird, wenn Erregungsphotonen in niederfrequente Photonen und Phononen einer molekularen Schwingungsmode umgewandelt werden, wie zum Beispiel Strahlungslicht und Plasmalicht, das aus den maschinellen Laserbearbeitungsteilen des Werkstücks abstrahlt, usw., im Unterschied zu dem Laserlicht. Der Grund hierfür besteht darin, dass wenn sich die Wellenlänge unterscheidet, die Reflektanz eines FBG (Faser-Bragg-Gitter) eines Faserlaser, die Reflektanz oder ein Anti-Reflexionsfilm einer optischen Komponente usw. von der Reflektanz des Laserlichts unterscheiden, und deshalb, selbst wenn die Anzahl von Photonen, die durch die Lichterfassungseinrichtung pro Einheitszeit erfasst werden, gleich bleibt, variiert die Anzahl von Photonen, die sich durch den Temperaturanstiegsabschnitt fortpflanzen. Wenn des Weiteren sich die Wellenlänge unterscheidet, unterscheidet sich ebenso die Energie pro Photon, und im Ergebnis variiert der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt. Die Lichterfassungseinrichtung(en) 5, die eine andere Ansprechwellenlänge Eigenschaften aufweist/aufweisen, kann/können durch ein Verfahren des Einsetzens von Fotodioden mit Halbleitern mit unterschiedlichen Energielücken, durch Ausbilden der Sendefenster oder dergleichen, durch die das Licht aus Bandpassfiltern mit unterschiedlichen Transmissionswellenlängen eintritt, usw. realisiert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, wird der Wärmezuflussbetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, im allgemeinen genauer geschätzt, wenn sich die Anzahl von Lichterfassungseinrichtungen 5 erhöht, und deshalb ist die Anzahl von Lichterfassungseinrichtungen 5 nicht auf die zwei Einrichtungen beschränkt, die in 1 gezeigt sind. Deshalb sind die Erfassungspositionen der Lichterfassungseinrichtungen 5, die in 1 gezeigt sind, lediglich Beispiele, und es sind die Erfassungspositionen nicht darauf beschränkt. Des Weiteren kann die Abgabe aus den Lichterfassungseinrichtungen 5 in die Temperaturberechnungseinheit 7 oder die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 direkt eingegeben werden, d.h. ohne Durchlaufen der Steuereinheit 6.
Hier wird nachstehend kurz ein Beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen einer Gleichung beschrieben werden, durch die der Wärmezuflussbetrag, der in jeden Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann aus den Erfassungswerten der Lichterfassungseinrichtungen 5, die vorzugsweise in der Temperaturberechnungseinheit 7 vorab in einem Fall aufgezeichnet werden, in dem n Lichterfassungseinrichtung 5 vorgesehen sind.
Der Wärmezuflussbetrag (q_i(t)), der in einen bestimmten Temperaturanstiegsabschnitt (den i-ten Temperaturanstiegsabschnitt) einfließt, kann näherungsweise als eine Funktion der Erfassungswerte (x_j(t): J = 1, 2, ..., n) der n Lichterfassungseinrichtungen 5 und des optischen Abgabebefehls (y(t)) unter Verwendung eines Polynom von x_j(t) und y(t) ausgedrückt werden, wie zum Beispiel in der nachstehenden Gleichung (5) gezeigt ist. $\begin{array}{l} qi (t) & = a_{i 11} x_{1} + a_{i 12} x_{1}^{2} + a_{i 13} x_{1}^{3} + \dots + a_{i 1 m} x_{1}^{m} \\ + a_{i2 1} x_{2} + a_{i22} x_{2}^{2} + a_{i23} x_{2}^{3} + \dots + a_{i2m} x_{2}^{m} \\ + a_{i3 1} x_{3} + a_{i32} x_{3}^{2} + a_{i33} x_{3}^{3} + \dots + a_{i3m} x_{3}^{m} \\ + \dots \\ + a_{in 1} x_{n} + a_{in2} x_{n}^{2} + a_{in3} x_{n}^{3} + \dots + a_{inm} x_{n}^{m} \\ + b_{i 1} y + b_{i 2} y^{2} + b_{i 1} y^{3} + \dots + b_{im} y^{m} \\ + c_{i} \end{array}$
In Gleichung (5) sind x_j und y Funktionen der Zeit, wie vorstehend beschrieben wurde, aber zur Vereinfachung wurde (t) ausgelassen.
Hierbei kann durch Aufbauen einer normalen Temperaturerfassungseinrichtung 19, einer Thermographievorrichtung, die zur Fernerfassung einer zweidimensionalen Temperaturverteilung oder dergleichen in einer Testvorrichtung 1 in der Lage ist, so dass die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts gemessen werden kann, durch wiederholtes Implementieren eines Tests unter Bedingungen, in denen verschiedene optische Abgabebefehle und verschiedene Arten des Reflexionslichts erzeugt werden, und durch graduelles Bestimmen der jeweiligen Koeffizienten, wie a_ijk und b_ik und der Konstanten c_i des Polynoms derart, dass die Temperaturen - die durch die Berechnungsergebnisse angegeben sind, die wiederum in Relation zu den jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitten erlangt sind, die durch Einsetzen von q_i(t) aus Gleichung (4) in q_i(t) aus Gleichung (3) bestimmt sind - mit den Temperaturen übereinstimmen, die durch die Messergebnisse angegeben sind, können die Wärmezuflussbeträge, die in die jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte einfließen, aus den Erfassungsergebnissen der Lichterfassungseinrichtung 5 unter Verwendung von Gleichung (4) berechnet werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die thermischen Widerstände und die thermischen Kapazitäten der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, die erforderlich sind, um die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte unter Verwendung von Gleichung (3) zu berechnen, durch thermische Analyse oder dergleichen geschätzt werden können, wie vorstehend beschrieben wurde, und deshalb Werte verwendet werden können, die durch thermische Analyse oder dergleichen geschätzt wurden.
Wenn die Konstante des Polynoms gemäß Gleichung (5) erst einmal bestimmt wurde, werden die Wärmezuflussbeträge, die in die jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte einfließen, aus den Erfassungsergebnissen der Lichterfassungseinrichtungen 5 bestätigt, und können durch Einsetzen der Wärmezuflussbeträge in die Gleichung (3) die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte im Wesentlichen in Realzeit berechnet werden. Im Ergebnis kann die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts entweder zu der zweiten vorbestimmten Temperatur oder zu einer niedrigeren Temperatur als der zweiten vorbestimmten Temperatur geregelt werden.
Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass wenn die Anzahl n von Lichterfassungseinrichtungen 5 erhöht wird oder ein Polynom höherer Ordnung durch Erhöhen von m zur Verbesserung der Berechnungsgenauigkeit gebildet wird, es dann eine übermäßig lange Zeit erfordert, um alle Konstanten des Polynoms gemäß Gleichung (4) genau zu bestimmen, und dies ist für einen Menschen praktisch unmöglich zu schaffen. Deshalb wird eine Gleichung, durch die die Wärmezuflussbeträge, die in die jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte einfließen, aus den Erfassungswerten in den Lichterfassungseinrichtungen 5 berechnet werden können, vorzugsweise durch maschinelles Lernen, d.h. ohne menschliches Eingreifen bestimmt. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Gleichung, durch die die jeweiligen Wärmezuflussbeträge durch maschinelles Lernen berechnet werden können, wird nachstehend beschrieben werden.
Hierbei wird die Art und Weise, in der Wirkungen, die vom Stand der Technik verschieden sind, durch Berechnen der Temperaturen der Temperaturanstiegsabschnitte auf die vorstehend beschriebene Art und Weise erlangt werden können, auf der Grundlage der Ist-Berechnungsbeispiele beschrieben werden.
3 bis 7 zeigen Graphen, die Ist-Berechnungsbeispiele zeigen.
Zuerst zeigt 3 ein Berechnungsbeispiel in einem Fall, in dem die thermische Kapazität eines bestimmten Temperaturanstiegsabschnitts 0,01 J/K beträgt, der thermische Widerstand bis hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt 10 K/W beträgt, und ein Wärmezuflussbetrag von 10 W oder 9 W intermittierend in den Temperaturanstiegsabschnitt einfließt. Die Temperaturanstiege in dem Temperaturanstiegsabschnitt sind durch dicke durchgezogene Linien angegeben. Dünne gestrichelte Linien bezeichnen Werte, die erlangt wurden durch Multiplizieren des Wärmezuflussbetrags mit 10, obwohl eine andere Einheit verwendet wurde, und deshalb 100 auf der vertikalen Achse einen Wärmezuflussbetrag von 10 W angibt. In Antwort auf einen anfänglichen Wärmezuflussbetragsimpuls steigt die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts auf 80 K oberhalb der Temperatur des festgelegten Temperaturpunkts an, und deshalb, falls die Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt +80 K als die zweite vorbestimmte Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angesetzt wird, wird der optische Notfallabgabebefehl bestimmt und der optische Abgabebefehl dorthin umgeschaltet, wenn sich die Temperatur über diesen Wert hinaus erhöht.
Außerdem zeigen zum Vergleich dicke gepunktete Linien und dicke Strichpunktlinien jeweils gleitende Mittelwerte des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung. Die zeitliche Breite des gleitenden Mittelwerts beträgt 2 ms in dem Fall des Ersteren und 16 ms in dem Fall des Letzteren, und die jeweiligen Erfassungsempfindlichkeiten werden auf im Wesentlichen identische Maximalwerte auf dem Graph geregelt. In beiden Fällen beträgt der gleitende Mittelwert des Erfassungswerts des anfänglichen Impulses 100, und in Relation zu diesem Impuls scheint es, dass der vorbestimmte Wert (der Schwellenwert) zum Verringern oder Anhalten der Lichtabgabe auf 100 gesetzt werden soll. Falls jedoch der Impuls kurz ist, wie dies bei dem zweiten Impuls der Fall ist, wenn die zeitliche Breite des gleitenden Mittelwerts schmal ist, dann erreicht der gleitende Mittelwert des Erfassungswerts 100, obwohl sich die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts lediglich um ungefähr 44 K erhöht, und im Ergebnis wird die Laserlichtabgabe unnötig verringert oder angehalten. Wenn daher der Schwellenwert in Relation zu dem gleitenden Mittelwert des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung 5 in einem Fall angesetzt wird, in dem die zeitliche Breite des gleitenden Mittelwerts schmal oder der Spitzenwert des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung 5 ist, wird die Laserlichtabgabe unnötig verringert oder angehalten. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Laserlichtabgabe unnötig verringert oder angehalten wird, kann gesenkt werden, indem der Schwellenwert erhöht wird, dies führt jedoch zu einem Anstieg bei dem Risiko der Beschädigung, das auftritt, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts sich übermäßig erhöht, bevor der Schwellenwert in Antwort auf einen geringfügig längeren Impuls erreicht wird. Hinsichtlich des gleitenden Mittelwerts des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung 5 in einem Fall, in dem die zeitliche Breite des gleitenden Mittelwerts breit ist, überschreitet demgegenüber die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts 80 K und erreicht 90 K in Antwort auf einen langen aber geringfügig niedrigeren Impuls, wie den dritten Impuls, obwohl der gleitende Mittelwert bei 90 verbleibt und nicht in Schwellenwert von 100 erreicht, und muss deshalb der Schwellenwert bei oder unterhalb von 90 angesetzt werden.
4 zeigt einen Graph, der - abgesehen von dem Impulszustand - die gleichen Bedingungen wie 3 aufweist. In 4 beträgt der maximale Temperaturanstieg des Temperaturanstiegsabschnitts 75 K, aber der gleitende Mittelwert des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung 5 in einem Fall, in dem die zeitliche Breite des gleitenden Mittelwerts breit ist, bleibt beeinflusst durch den vorigen Impuls, so dass dieser auf einen Maximalwert von näherungsweise 93 ansteigt, und muss deshalb der Schwellenwert bei oder oberhalb von 93 angesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Laserlichtabgabe nicht unnötig verringert oder angehalten wird. Mit anderen Worten, in Antwort auf einen Impuls, wie den dritten Impuls in 3, muss der Schwellenwert bei oder unterhalb von 90 angesetzt werden, um eine Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts zu verhindern, aber in Antwort auf die Impulssignalverläufe, wie jene in 4 gezeigten, muss der Schwellenwert bei oder oberhalb von 93 angesetzt werden, um sicherzustellen, dass die Laserlichtabgabe nicht unnötig verringert oder angehalten wird. Dies bedeutet, dass es unmöglich ist, den Schwellenwert anzusetzen, um sowohl die Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts als auch das unnötige Verringern oder Anhalten der Laserlichtabgabe zu verhindern.
Das Vorsehen eines Schwellenwerts bezüglich eines integrierten Werts des Erfassungswerts der Lichterfassungseinrichtung 5 über eine vorbestimmte Zeit ist im Wesentlichen exakt dasselbe wie das Vorsehen eines Schwellenwerts bezüglich des gleitenden Mittelwerts des Erfassungswerts, und es deshalb unmöglich, einen Schwellenwert anzusetzen, durch den sowohl die Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts als auch das unnötige Verringern oder Anhalten der Laserlichtabgabe verhindert werden.
Alternativ kann das Einstellungsverfahren auf dem Erfassungswert der Lichterfassungseinrichtung 5 basieren, die den Schwellenwert um eine vorbestimmte Anzahl von Durchläufen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne überschreitet. Der Grund, warum es unmöglich ist, einen Schwellenwert anzusetzen, durch den sowohl die Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts als auch das unnötige Verringern oder Anhalten der Laserlichtabgabe ebenso in diesem Fall verhindert wird, wird nachstehend unter Bezugnahme auf 5 bis 7 beschrieben werden.
Die thermischen Eigenschaftsparameter des Temperaturanstiegsabschnitts, in dem der Temperaturanstieg berechnet wird, sind identisch mit jenen, die in 3 und 4 gezeigt ist, und der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt wird durch dicke durchgezogene Linien angegeben. Dünne gepunktete Linien bezeichnen Werte, die erlangt werden durch Multiplizieren des Wärmezuflussbetrags mit 5, obwohl eine andere Einheit verwendet wird, und deshalb gibt 100 auf der Skala der vertikalen Achse einen Wärmezuflussbetrag von 20 W an. Der Erfassungswert, der durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangt ist, wird als proportional zu dem Wärmezuflussbetrag angenommen und nimmt deshalb einen identischen Wert bei dem Wärmezuflussbetrag an. In 5, in der 100 als der vorbestimmte Wert (der Schwellenwert) verwendet wird, erreicht bei dem Punkt, an dem der Erfassungswert zum zehnten Mal 100 erreicht, der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt 80 K. In dem Fall gemäß 5 wird das Ansetzen des Schwellenwerts bei 100 und das Verringern oder Anhalten der Laserlichtabgabe, wenn der Erfassungswert den Schwellenwert zehnmal innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne (diesem Fall, 0,2 Sekunden) überschreitet, als eine geeignete Einstellung angenommen. Wenn jedoch die Impulsbreite sich geringfügig verschmälert, wie dies in 6 gezeigt ist, dann wird die Laserlichtabgabe verringert oder angehalten, obwohl der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt lediglich näherungsweise 63 K erreicht hat, und im Gegensatz dazu, wenn sich die Impulsbreite geringfügig verbreitert, wie dies in 7 gezeigt ist, erreicht der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt 80 K in Antwort auf den anfänglichen Impuls und erreicht näherungsweise 94 K in Antwort auf den zehnten Impuls, was bedeutet, dass der Temperaturanstiegsabschnitt beschädigt werden kann. Ebenso in diesem Fall kann deshalb die Einstellung nicht durchgeführt werden, um sowohl die Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts als auch das unnötige Verringern oder Anhalten der Laserlichtabgabe zu verhindern.
In 3 bis 7 sind zum Zwecke der Klarheit der Wärmezuflussbetrag und der Erfassungswert der Lichterfassungsvorrichtung 5 mit einer regelmäßigen Variation gezeigt. In der Realität variiert das Reflexionslicht jedoch auf eine Anzahl verschiedener Arten und Weisen über die Zeit, und deshalb können ebenso der Wärmezuflussbetrag und der Erfassungswert der Lichterfassungseinrichtung variieren. Des Weiteren kann der Fall vorliegen, dass der Ort, der durch den Temperaturanstieg beschädigt wird, immer derselbe ist, wenn aber eine Vielzahl von Orten durch Temperaturanstiege beschädigt wird, variieren deren jeweilige thermische Kapazitäten, thermische Widerstände und obere Grenzwerte des Wärmewiderstands abhängig von den jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitten, und es ist deshalb ganz klar unmöglich, eine Einstellung durchzuführen, um sowohl die Beschädigung des Temperaturanstiegsabschnitts als auch das unnötige Verringern oder das Anhalten der Laserlichtabgabe lediglich auf der Grundlage des Erfassungsergebnisses aus der Lichterfassungseinrichtung 5 zu verhindern, wie dies im Stand der Technik der Fall ist.
Als nächstes wird ein Verfahren beschrieben werden zur effektiven Regelung der Temperatur eines jeden der Temperaturanstiegsabschnitte auf oder unterhalb der zweiten vorbestimmten Temperatur durch Umschalten des optischen Abgabebefehls zu dem optischen Notfallabgabebefehl auf der Grundlage der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 nach Bedarf berechnet ist, oder in anderen Worten, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet oder im Begriff ist, die zweite vorbestimmte Temperatur zu überschreiten.
Im einfachsten Verfahren bestimmt die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 den optischen Notfallabgabebefehl auf der Grundlage eines Steuerverfahrens zum Regeln der Laserlichtabgabe hinsichtlich der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, oder der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts und deren Übergang unter Verwendung zumindest der Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet sind, als Eingabedaten. 8 zeigt ein Beispiel von Steuerergebnissen, die durch diese Regelung erlangt werden.
In 8 geben, ähnlich 6 und 7, die dicken durchgezogenen Linien den Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt an, während die dünnen gepunkteten Linien Werte angeben, die erlangt werden durch Multiplizieren des Wärmezuflussbetrags mit 5, wenn auch eine andere Einheit verwendet wird, so dass 100 auf der Skala der vertikalen Achse einen Wärmezuflussbetrag von 20 W angibt. Es sei darauf hingewiesen, dass selbst wenn die Lichtabgabe konstant ist, die Intensität des Reflexionslichts variierte, was zu einer Variation in dem Erfassungswert, der durch die Lichterfassungseinrichtung erlangt wird, und zu einer Variation in dem Wärmezuflussbetrag führt. Zur Vereinfachung der Beschreibung sei jedoch angenommen, dass die Lichtabgabe und der Erfassungswert, die durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangt sind, beide eine proportionale Beziehung zu dem Wärmezuflussbetrag aufweisen, und deshalb die Lichtabgabe und der Erfassungswert, der durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangt ist, durch dieselben schmalen gepunkteten Linien als der Wärmezuflussbetrag bezeichnet sind. Die thermischen Eigenschaftsparameter des Temperaturanstiegsabschnitts, in denen der Temperaturanstieg berechnet wird, sind mit jenen identisch, die in 3 bis 7 gezeigt sind, und eine Regelung wird derart durchgeführt, dass wenn der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt 80 K überschreitet, ein optischer Notfallabgabebefehl zum Anhalten der Lichtabgabe für 0,2 ms ausgeführt wird, um sicherzustellen, dass der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt im wesentlichen nicht 80 K überschreitet. Um das Auftreten maschineller Bearbeitungsdefekte zu minimieren, wird in diesem Fall der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt daran gehindert, 80 K zu überschreiten, indem die Lichtabgabe kurzfristig angehalten wird, ohne die Spitzenlichtabgabe zu variieren, aber es kann ebenso eine Regelung zur Verringerung der Spitzenlichtabgabe oder dergleichen ausgeführt werden.
Die Regelung ist ein einfaches Steuerverfahren, was bedeutet, dass die Belastung der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 klein ausfällt, und deshalb der optische Notfallabgabebefehl im Wesentlichen zu demselben Zeitpunkt bestimmt werden kann, zu dem die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts berechnet wird. Im Ergebnis können Gegenmaßnahmen schnell ergriffen werden, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet. Durch Anwenden einer PID-Regelung ist ebenso möglich zu verhindern, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts überschießt und die zweite vorbestimmte Temperatur um einen großen Betrag überschreitet.
In einem weiteren Steuerverfahren kann die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 den Übergang der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts ab einem bestimmten Zeitpunkt von zumindest dem Übergang des Temperaturanstiegs in dem Temperaturanstiegsabschnitt bis hin zu einem Zeitpunkt, wie dieser in der Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet ist, und den optischen Abgabebefehl vorhersagen, der entweder momentan ausgegeben wird oder im Begriff ist, durch die Steuereinheit 6 ausgegeben zu werden, und den optischen Notfallabgabebefehl durch Bezugnahme auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts zu bestimmen. Durch Ausführen einer Vorwärtsregelung, während auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts Bezug genommen wird, ist es möglich vorherzusagen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, und den optischen Notfallabgabebefehl in einem früheren Stadium zu bestimmen und auszugeben. Im Ergebnis kann die Wahrscheinlichkeit gesenkt werden, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur in großem Maße überschreitet.
9 zeigt ein Beispiel eines Falls, in dem der optische Abgabebefehl, der im Begriff ist, ausgegeben zu werden, vorab eingelesen wird, der Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts vorhergesagt wird und der optische Notfallabgabebefehl durch Bezugnahme auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bestimmt wird.
In 9 sind die thermischen Eigenschaftsparameter des Temperaturanstiegsabschnitts und die Bedeutungen der dicken durchgezogenen Linien und der dünnen gepunkteten Linien dieselben wie in 8. In diesem Steuerverfahren wird der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt genau auf 80 K geregelt durch Vorabeinlesen des optischen Abgabebefehls, der im Begriff ist, ausgegeben zu werden, durch Vorhersagen des Temperaturanstiegs in dem Temperaturanstiegsabschnitt und durch Ausführen des optischen Notfallabgabebefehls, in den ein optischer Abgabebefehl zum Anhalten der Lichtabgabe für 0,02 ms bei einem geeigneten Zeitintegral eingefügt wurde, ohne die Spitzenlichtabgabe zu variieren, so dass der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt auf 80 K geregelt wurde. Es sei darauf hingewiesen, dass wenn das kurze, 0,02 ms lange Anhalten der Lichtabgabe, das vorstehend beschrieben wurde, unverändert auf den Graph aufgetragen würde, die Intervalle zwischen den Linien auf dem Graph derart schmal würden, dass die Figur schwierig zu interpretieren wäre, und deshalb beschreibt der Teil gemäß 9, der durch eine dünne Strichpunkt-Linie angegeben ist, den Teil, aus dem die Linien auf dem Graph ausgelassen wurden. Gemäß diesem Steuerverfahren kann die Oszillation in dem Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt verglichen mit dem Steuerverfahren verringert werden, das die Steuerergebnisse aufweist, die in 8 gezeigt sind. Des Weiteren ist die Anhaltezeit der Lichtabgabe kurz, und kann deshalb die Wahrscheinlichkeit maschineller Bearbeitungsdefekte ebenso weiter verringert werden.
Ein Steuerverfahren, in dem der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt auf unter 80 K verringert wird, anstelle der Regelung auf 80 K oder in dessen Nähe, wenn der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt die Umgebung von 80 K erreicht oder überschreitet, kann natürlich ebenso in Betracht gezogen werden, aber mit diesem Verfahren wächst die Wahrscheinlichkeit maschineller Bearbeitungsfehler, und deshalb wird, solange der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt genau geregelt werden kann, die Lichtabgabe oder die mittlere Lichtabgabe vorzugsweise nicht mehr als erforderlich verringert, wie dies in dem in 8 und 9 gezeigten Steuerverfahren der Fall ist.
Es sei darauf hingewiesen, dass jedoch ein anomales Phänomen, wie ein übermäßig großer, plötzlich entstehender Betrag an Reflexionslicht dann auftreten kann, wenn die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 hinsichtlich eines jeden der Temperaturanstiegsabschnitte berechnet wurde, die erste vorbestimmte Temperatur erreicht oder die erste vorbestimmte Temperatur überschreitet. In diesem Fall, um die Beschädigung der Laservorrichtung 1 zu minimieren, wird die Abgabe des Laserlichts vorzugsweise unmittelbar bei der Beurteilung der Steuereinheit 6 angehalten, ohne auf die Abgabe des optischen Notfallabgabebefehls zu warten.
Es sei darauf hingewiesen, dass zur genauen Vorhersage des Übergangs der Temperatur in jedem Temperaturanstiegsabschnitt, der der Ausführung des optischen Abgabebefehls nachfolgt, es erforderlich ist, eine Analyse unter Berücksichtigung nicht nur des optischen Abgabebefehls und der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts durchzuführen, sondern ebenso des Zustands der Laservorrichtung 1, des Zustands des Werkstücks usw., und deshalb kann maschinelles Lernen ebenso angewendet werden, um den Übergang der Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte relativ zu dem Zustand der Laservorrichtung 1 einschließlich des optischen Abgabebefehls vorherzusagen. Ein Verfahren zum Anwenden maschinellen Lernens auf die Vorhersage des Übergangs der Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte relativ zu dem Zustand der Laservorrichtung 1 einschließlich des optischen Abgabebefehls wird nachstehend beschrieben werden.
Zweites Ausführungsbeispiel
10 zeigt eine Blockdarstellung, die wiederum einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Laservorrichtung 1 ist mit einem Netzwerk 14 zusammen mit der Temperaturberechnungseinheit 7 verbunden und verwendet die Temperaturberechnungseinheit 7 einer separaten Vielzahl von Laservorrichtungen 1 innerhalb derselben Zelle gemeinsam, wobei diese Laservorrichtungen 1 ebenso mit der Netzwerk 14 verbunden sind. Die Temperaturberechnungseinheit 7 ist womöglich nicht in irgendeiner der Laservorrichtungen 1 umfasst, wie dies in 10 gezeigt ist, oder kann in einer der Laservorrichtung 1 umfasst sein, wie dies in 1 gezeigt ist. In den Blockdarstellungen, die die Konzeptaufbauten aus 10 und fortfolgende zeigen, wurden bildende Blöcke der Laservorrichtung 1 ausgelassen, wie der Laseroszillator 2 und das optische Lasersystem 4.
In diesem Ausführungsbeispiel, wie dies in 10 gezeigt ist, können die Teilekosten verringert werden, indem die Temperaturberechnungseinheit gemeinsam verwendet wird, die eine Rechenleistung mit hoher Geschwindigkeit in der Größenordnung von Mikrosekunden erfordert, unter der Vielzahl von Laservorrichtung. Durch Begrenzen der Laservorrichtungen, die mit der gemeinsam verwendeten Temperaturberechnungseinheit über das Netzwerk verbunden sind, auf diejenigen Laservorrichtungen innerhalb derselben Zelle, kann des Weiteren die Temperaturberechnungseinheit als ein Netzrandcomputer derart fungieren, dass die Berechnungsergebnisse, die durch die Temperaturberechnungseinheit erlangt sind, zu den Steuereinheiten und Notfallbefehlsbestimmungseinheiten der Laservorrichtungen im Wesentlichen ohne Zeitverzögerung, die durch Kommunikation oder dergleichen verursacht ist, übertragen werden können. Im Ergebnis kann eine Verzögerung im Umschalten zu dem optischen Notfallabgabebefehl und der darauffolgende Schaden an den Laservorrichtungen verhindert werden. Hinsichtlich der Anzahl von Laservorrichtungen 1, die mit dem Netzwerk innerhalb derselben Zelle verbunden sind, wird ein Bereich von mehreren Vorrichtungen bis einigen 10 Vorrichtungen im Allgemeinen als geeignet angesehen, aber dieses Ausführungsbeispiel ist nicht auf diesen Bereich beschränkt.
Drittes Ausführungsbeispiel
11 zeigt eine Blockdarstellung, die einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Temperaturberechnungseinheit 7 ist kommunikationsfähig mit einer ersten Lerneinheit 16 einer ersten Maschinenlernvorrichtung 15 verbunden. Hinsichtlich zumindest einem der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte der Laservorrichtung 1 erlernt die erste Lerneinheit 16, durch maschinelles Lernen, zumindest eine einer Gleichung, aus der eine physikalische Größe berechnet werden kann, oder einer physikalischen Größe, unter einer Wärmezuflussbetragsgleichung, wie Gleichung (5), die den Erfassungswert aus zumindest einer der Lichterfassungseinrichtungen 5 als eine Funktion umfasst und aus dem der Wärmezuflussbetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt. Die Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts durch Bezugnahme auf das durch die Lerneinheit 16 erlangte Lernergebnis, wobei das Lernergebnis aus der ersten Lerneinheit 16 erlangt und in der Temperaturberechnungseinheit 7 aufgezeichnet wird.
Näherungswerte der thermischen Kapazitäten und thermischen Widerstände der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte können aus Materialeigenschaftswerten, thermischer Analyse usw. bestimmt werden, obwohl für diese Genauigkeit nicht garantiert werden kann, und deshalb ist es durch Durchführen wiederholter Tests möglich, den in den Temperaturanstiegsabschnitt fließenden Wärmezuflussbetrag als eine Gleichung zu bestimmen, wie Gleichung (5), die den durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangten Erfassungswert als eine Funktion verwendet. Da es schwierig ist, den Betrag an Reflexionslicht zu steuern, während Laserlicht abgestrahlt wird, ist es jedoch schwierig, die Testbedingungen zu regeln, und im Ergebnis sind viele Mannstunden erforderlich, um die Funktion mit einem hinreichenden Grad an Genauigkeit zu bestimmen. Aus diesem Grund werden diese physikalischen Größen durch maschinelles Lernen erlernt, d.h. ohne menschliches Eingreifen, und es werden die erlangten Lernergebnisse verwendet. Ebenso in Anbetracht der thermischen Kapazitäten und thermischen Widerstände der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte, können durch Korrigieren, mittels maschinellen Lernens, die Näherungswerte, die aus den Materialeigenschaftswerten, der thermischen Analyse usw. bestimmt wurden, Gleichung (3) oder mit anderen Worten der Temperaturanstieg in dem Temperaturanstiegsabschnitt genauer berechnet werden.
Ein spezifisches Lernverfahren, das zum Erlangen der vorstehend beschriebenen Lernergebnisse verwendet wird, wird nachstehend beschrieben werden. Die erste Maschinenlernvorrichtung 15 umfasst eine erste Zustandsbeobachtungseinheit 17. Zumindest während einer Lernphase ist die erste Zustandsbeobachtungseinheit 17 kommunikationsfähig mit der Steuereinheit 6 einer Lernlernlaservorrichtung 18 verbunden, die eingerichtet ist, um die Temperatur von zumindest einem der Temperaturanstiegsabschnitte unter Verwendung der Temperaturerfassungseinrichtung 19 messen zu können, und die den optischen Abgabebefehl gemäß einem optischen Lernabgabebefehlsprogramm ausführt.
Eine normale Temperaturerfassungseinrichtung vom kontaktierenden Typ, eine thermographische Vorrichtung (eine Infrarotkamera), die eine zweidimensionale Temperaturverteilung aus der Ferne erfassen kann, usw. können als die Temperaturerfassungseinrichtung 19 verwendet werden. Als eine Regel ist die Temperaturerfassungseinrichtung 19 lediglich in der Lernlaservorrichtung 18 angelegt und muss nicht in der massenproduzierten Laservorrichtung 1 angelegt sein. Die Temperaturerfassungseinrichtung 19 kann jedoch in einem Temperaturanstiegsabschnitt angelegt sein, der nur geringe Kosten verursacht und dessen Temperatur leicht gemessen werden kann, und es kann das Ergebnis der Ist-Messung der Temperatur dieses Temperaturanstiegsabschnitts zusätzlich zur Bestimmung des optischen Notfallabgabebefehls verwendet werden. Des Weiteren ist die Datenausgabe aus einem Sensor zum Messen eines Zustands, der die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts beeinflussen kann, zum Beispiel ein externer Temperatursensor zum Messen der Temperatur bei der Peripherie der Lernlaservorrichtung 18 oder dergleichen, vorzugsweise ebenso in den Zustandsdaten umfasst, die durch die erste Zustandsbeobachtungseinheit 17 beobachtet werden.
Die erste Zustandsbeobachtungseinheit 17 erlangt interne Daten aus der Lernlaservorrichtung 18, wie den optischen Abgabebefehl, die Erfassungswerte aus den jeweiligen Lichterfassungseinrichtungen 5 und die Messergebnisse, die die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte angeben, erlangt die Daten aus dem externen Sensor oder dergleichen, verarbeitet die Daten nach Bedarf und gibt die verarbeiteten Daten zu der ersten Lerneinheit 16 aus.
Die erste Lerneinheit 16 erlernt ein Modell, das auf die Regelmäßigkeit der Zustandsdaten der Lernlaservorrichtung 18 bezogen ist einschließlich zumindest der Erfassungsergebnisse, die durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangt sind, und der Messergebnisse, die durch die Temperaturerfassungseinrichtung 19 erlangt sind in Relation zu den Temperaturen des Temperaturanstiegsabschnitts, und baut, als ein Lernergebnis, für jeden Temperaturanstiegsabschnitt ein erstes Lernmodell 20 umfassend den Wärmezuflussbetrag auf, der in den Temperaturanstiegsabschnitt einfließt und der als eine Funktion der durch die Lichterfassungseinrichtung 5 erlangten Erfassungswerte, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt berechnet werden kann. Das erste Lernmodell 20 zum Erlernen der Regelmäßigkeit eines großen Betrags von Eingabedaten, d.h. der Werte von C_i und R_i, die in der Gleichung (3) und der Werte der Koeffizienten, wie a_ijk und b_ik und der Konstanten c_i in Gleichung (5), bei denen die engste Übereinstimmung mit den Messergebnissen des Temperaturanstiegs in dem Temperaturanstiegsabschnitt erlangt wird, kann zum Beispiel hinsichtlich der Eingabedaten unter Verwendung eines nicht-überwachten Lernalgorithmus maschinell erlernt werden. Dann können, durch Bezugnahme auf das Lernergebnis, Laservorrichtungen 1, die von der Lernlaservorrichtung 18 verschieden sind, die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts ohne menschliches Eingreifen berechnen.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Temperaturberechnungseinheit 7 und die erste Lerneinheit 16 der ersten Maschinenlernvorrichtung 15 sowie die erste Zustandsbeobachtungseinheit 17 der ersten Maschinenlernvorrichtung 15 und die Steuereinheit 6 der Lernlaservorrichtung 18 kommunikationsfähig über das Netzwerk 14 verbunden sein können, wie dies in 12 gezeigt ist. Des Weiteren, wie ebenso in 12 gezeigt ist, kann die Temperaturberechnungseinheit 7 durch die Lernlaservorrichtung 18 und eine Vielzahl von Laservorrichtungen 1, die von der Lernlaservorrichtung 18 verschieden ist, über das Netzwerk gemeinsam verwendet werden. Des Weiteren kann die Lernlaservorrichtung 18 von der ersten Maschinenlernvorrichtung 15 oder dem Netzwerk für eine Zeitspanne, die von dem Lernen verschieden sind, oder nach Vollendung des Lernens getrennt werden, und es kann die erste Maschinenlernvorrichtung 15 von den Laservorrichtungen 1 oder dem Netzwerk 14 getrennt werden, nachdem das durch sie erlernte Lernergebnis zu den Temperaturberechnungseinheiten 7 der Laservorrichtungen 1 ausgegeben wurde, die von dem der Lernlaservorrichtung 18 verschieden sind, und in der Temperaturberechnungseinheit ten 7 aufgezeichnet wurde.
Damit der Reflexionslichterfassungswert bei maschinellem Erlernen des ersten Lernmodells 20 bezogen auf die Regelmäßigkeit usw. durch Erlangen eines großen Betrags an Daten geregelt wird, während die Laserlichtabgabe und die Reflexionslichterfassungsbedingungen variiert werden, kann die Messung der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts durch systematisches Variieren des Spitzenwerts des Impulses, der Impulsbreite, der Impulszeitspanne usw. wiederholt werden, während die relativen Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 bei einer konstanten Geschwindigkeit in einer Richtung parallel zu der Oberfläche des Werkstücks 12 unter Verwendung der Antriebseinheit 13 bewegt werden. Wenn Impulslicht ausgegeben wird, während die relativen Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden, wird das Laserlicht immer auf eine neue Position auf der Oberfläche des Werkstücks 12 abgestrahlt, und wird deshalb im Wesentlichen identisches Reflexionslicht in Antwort auf einen Impuls mit demselben Signalverlauf zurückgegeben. Im Ergebnis können Daten erlangt werden, während der Reflexionslichterfassungswert geregelt wird.
Viertes Ausführungsbeispiel
13 und 14 zeigen Blockdiagramme, die wiederum einen Konzeptaufbau einer Laservorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigen.
Die Steuereinheit 6 der Laservorrichtung 1 ist kommunikationsfähig mit einer zweiten Maschinenlernvorrichtung 24 verbunden, die eine zweite Zustandsbeobachtungseinheit 21, eine Label-Erlangungseinheit 22 und eine zweite Lerneinheit 23 aufweist. Die Laservorrichtung in 14 unterscheidet sich von der Laservorrichtung in 13 dahingehend, dass in der Ersteren die Laservorrichtung 1 und die zweite Maschinenlernvorrichtung 24 kommunikationsfähig über das Netzwerk 14 verbunden sind und die Temperaturberechnungseinheit 7 durch eine Vielzahl von Laservorrichtungen 1 gemeinsam verwendet wird.
Wie in 13 oder 14 gezeigt, beobachtet die zweite Zustandsbeobachtungseinheit 21 Zustandsdaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben, einschließlich zumindest des optischen Abgabebefehls, verarbeitet die beobachteten Daten nach Bedarf, so dass die Daten mit Leichtigkeit durch die zweite Lerneinheit 23 verwendet werden können, und gibt dann die Daten zu der zweiten Lerneinheit 23 als Eingabedaten aus. Zusätzlich zu dem optischen Abgabebefehl umfassen die Zustandsdaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben, interne Daten der Laservorrichtung 1, wie die durch die Lichterfassungseinrichtungen 5 erlangten Erfassungsergebnisse, die Temperaturen bei den jeweiligen festgelegten Temperaturpunkten, optische Eigenschaften des optischen Lasersystems 4 und einen Antriebsbefehl, der der Antriebseinheit 13 erteilt wird, um die relativen Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 zu variieren, und umfasst vorzugsweise ebenso Daten, die den Betrag an Reflexionslicht beeinflussen, der sich durch das optische Lasersystem 4 in der entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt, und Daten, die durch den Betrag an Reflexionslicht beeinflusst sind, zum Beispiel Daten aus einem (nicht gezeigten) externen Sensor, wie einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur bei der Peripherie der Laservorrichtung 1, und Daten, die sich auf das Werkstück 12 beziehen, wie das Material, die Dicke, die Größe und Oberflächenbearbeitungsbedingungen des Werkstücks 12.
Die Label-Erlangungseinheit 22 erlangt, als ein Label, zeitserielle Daten entsprechend den Eingabedaten und bezogen auf die berechnete Temperatur von jedem der Temperaturanstiegsabschnitte, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet sind, und gibt das Erlangungsergebnis zu der zweiten Lerneinheit 23 aus.
Die zweite Lerneinheit 23 umfasst eine Fehlerberechnungseinheit 25 und eine Lernmodellaktualisierungseinheit 26. Die zweite Lerneinheit 23 erlernt die Beziehung zwischen den Eingabedaten und dem Label und baut ein zweites Lernmodell auf, um das Label aus den Eingabedaten darzustellen. Die Fehlerberechnungseinheit 25 berechnet einen Fehler in dem Label, das relativ zu neu eingegebenen Eingabedaten dargestellt ist, auf der Grundlage des aufgebauten zweiten Lernmodells. Die Lernmodellaktualisierungseinheit 26 aktualisiert das zweite Lernmodell gemäß dem Fehler. Die zweite Lerneinheit 23 treibt das Lernen durch wiederholtes Aktualisieren des zweiten Lernmodells voran.
An einem Punkt, an dem das Lernen durch die zweite Lerneinheit 23 bis zumindest einem gewissen Ausmaß vorangetrieben wurde, sagt die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 den Übergang der berechneten Temperatur von jedem Temperaturanstiegsabschnitt in Relation zu dem optischen Abgabebefehl aus der Steuereinheit 6 voraus durch Bezugnahme auf das durch die zweite Lerneinheit 23 erlangte Lernergebnis, während der Zustand der Laservorrichtung 1 berücksichtigt wird. Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 bestimmt dann den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf und gibt diesen aus, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nicht die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet. Das Lernergebnis, das durch die zweite Lerneinheit 23 erlangt ist, kann in der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 derart aufgezeichnet werden, dass der optische Notfallabgabebefehl mit einer höheren Geschwindigkeit bestimmt werden kann. Nachdem das Lernergebnis, das durch die zweite Lerneinheit 23 erlangt ist, in der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 aufgezeichnet wurde, kann die zweite Maschinenlernvorrichtung 24 von der Laservorrichtung 1 getrennt werden.
15 zeigt ein Ablaufdiagramm, das wiederum ein Beispiel eines spezifischen Lernprozesses zeigt, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel durch die zweite Maschinenlernvorrichtung 24 eingesetzt wird, und Prozesse, in denen das Lernergebnis verwendet wird.
Wie in 15 gezeigt ist, wenn ein Lernvorgang (Lernverarbeitung) in der zweiten Maschinenlernvorrichtung 24 begonnen wird, die in 13 oder 14 gezeigt ist, beobachtet die zweite Zustandsbeobachtungseinheit 21 die Zustandsdaten der Laservorrichtung 1 einschließlich des optischen Abgabebefehls (Schritt S101), verarbeitet die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf, so dass die Daten mit Leichtigkeit durch die zweite Lerneinheit 23 verwendet werden können, und gibt dann die Daten zu der zweiten Lerneinheit 23 als Eingabedaten aus (Schritt S102). Außerdem erlangt die Label-Erlangungseinheit 22, als ein Label, zeitserielle Daten entsprechend den Eingabedaten und bezogen auf die berechnete Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, die durch die Temperaturberechnungseinheit 7 berechnet sind (Schritt S103), und gibt das Label entsprechend den Eingabedaten zu der zweiten Lerneinheit 23 aus (Schritt S104).
Als nächstes bestimmt die zweite Lerneinheit 23, ob das zweite Lernmodell bereits aufgebaut wurde oder nicht (Schritt S105), und nach der Bestimmung, dass nicht einmal ein anfängliches Modell des zweiten Lernmodells aufgebaut wurde, versucht die zweite Lerneinheit 23, ein anfängliches Modell des zweiten Lernmodells aufzubauen, indem die Beziehung zwischen den Eingabedaten und dem entsprechenden Label erlernt wird (Schritt S106). Die Verarbeitung kehrt dann zu Schritt S101 zurück, in dem ein weiteres Paar eines großen Betrags von Eingabedaten und eines entsprechenden Labels eingegeben werden.
Wenn demgegenüber in Schritt S105 bestimmt wird, dass das zweite Lernmodell aufgebaut wurde, berechnet die Fehlerberechnungseinheit 25 den Fehler in dem Label, das relativ zu den neu eingegebenen Eingabedaten dargestellt ist, auf der Grundlage des aufgebauten zweiten Lernmodells (Schritt S107), woraufhin die Lernmodellaktualisierungseinheit 26 das zweite Lernmodell gemäß dem Fehler aktualisiert (Schritt S108).
Als nächstes, um zu bestimmen, ob das Lernergebnis einen Sollpegel erreicht hat oder nicht, wird in dem Beispielablaufdiagramm, das in 15 gezeigt ist, eine Bestimmung getätigt, ob ein gleitender Mittelwert des Fehlers in dem Label relativ zu einem vorbestimmten Betrag der jüngsten Eingabedaten kleiner als ein Sollwert ist oder nicht (Schritt S109). Wenn der gleitende Mittelwert des Fehlers bestimmt wird, nicht kleiner als der Sollwert zu sein, dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S101 zurück, aus dem das Lernen durch Wiederholen der Schritte S101 bis S108 fortgesetzt wird. Wenn demgegenüber in Schritt S109 bestimmt wird, dass der gleitende Mittelwert des Fehlers kleiner als der Sollwert ist, dann gibt die zweite Lerneinheit 23 das Lernergebnis zu der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 der Laservorrichtung 1 aus (Schritt S110). Das durch die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 empfangene Lernergebnis wird in der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 aufgezeichnet (Schritt S111), woraufhin der Lernvorgang beendet wird.
Wenn sich die Laservorrichtung 1 in einem bestimmten Zustand befindet, kann die Art und Weise, auf die die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in Antwort auf den optischen Abgabebefehl variiert, näherungsweise durch eine Annahme bestimmt werden, dass der Betrag an Reflexionslicht proportional zu der Laserlichtabgabe zu jenem Zeitpunkt ist. Der Betrag an Reflexionslicht wird jedoch durch verschiedene Umstände beeinflusst, und deshalb trifft diese Annahme nicht immer die Realität. Wenn daher die Art und Weise, auf die die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in Antwort auf den optischen Abgabebefehl variiert, vorhergesagt wird, dann ist die Genauigkeit der Vorhersage niedrig. Wenn des Weiteren die Art und Weise, auf die die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in Antwort auf den optischen Abgabebefehl variiert, durch Durchführen von Tests und dergleichen hinsichtlich Fällen bestimmt wird, in denen sich die Laservorrichtung 1 in verschiedenen Zuständen befindet, sind viele Mannstunden erforderlich.
Durch Bestimmen der Art und Weise, auf die die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts in Antwort auf den optischen Abgabebefehl variiert, wenn sich die Laservorrichtung 1 in verschiedenen Zuständen befindet, unter Verwendung maschinellen Lernens, wie vorstehend beschrieben wurde, dann kann jedoch die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls ohne menschliches Eingreifen genau vorhergesagt werden.
Im Einzelnen kann durch Ansetzen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts als ein Label (korrekte Antwortdaten), durch Eingeben einer großen Anzahl von Probenpaaren von Labels und Eingabedaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben, einschließlich des optischen Abgabebefehls, und durch Aufbauen eines Lernmodells zum Darstellen des Labels aus den Eingabedaten durch nicht-überwachtes Lernen, wie in diesem Ausführungsbeispiel, die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts relativ zu den Eingabedaten einschließlich des optischen Abgabebefehls vergleichsweise leicht vorhergesagt werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
16 und 17 zeigen Blockdarstellungen, die Konzeptaufbauten einer Laservorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die Steuereinheit 6 der Laservorrichtung 1 ist kommunikationsfähig mit einer dritten Maschinenlernvorrichtung 31 verbunden, die eine dritte Zustandsbeobachtungseinheit 27, eine Bestimmungsdatenerlangungseinheit 28, eine dritte Lerneinheit 29 und eine Entscheidungsfindungseinheit 30 aufweist. Die dritte Lerneinheit 29 umfasst eine Belohnungsberechnungseinheit 32 und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit 33. Die Laservorrichtung in 17 unterscheidet sich von der Laservorrichtung in 16 dahingehend, dass in der Ersteren die Laservorrichtung 1 und die dritte maschinelle Lernvorrichtung 31 kommunikationsfähig über das Netzwerk 14 verbunden sind, und die Temperaturberechnungseinheit 7 durch eine Vielzahl von Laservorrichtungen 1 gemeinsam verwendet wird.
Die dritte Zustandsbeobachtungseinheit 27 beobachtet die Zustandsdaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben und die zumindest zeitserielle Daten umfassen, die sich auf den optischen Abgabebefehl bis zu einem bestimmten Zeitpunkt und die berechnete Temperatur von zumindest einem der Temperaturanstiegsabschnitte bis zu demselben Zeitpunkt beziehen. Die dritte Zustandsbeobachtungseinheit 27 verarbeitet dann die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf, so dass die Daten leicht durch die dritte Lerneinheit 29 verwendet werden können, und gibt dann die Daten zu der dritten Lerneinheit 29 als Eingabedaten aus. Ähnlich dem vierten vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, zusätzlich zu dem optischen Abgabebefehl, umfassen die Zustandsdaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben, interne Daten der Laservorrichtung 1, wie die Erfassungsergebnisse, die durch die Lichterfassungseinrichtungen 5 erlangt sind, die Temperaturen bei den jeweiligen festgelegten Temperaturpunkten, die optischen Eigenschaften des optischen Lasersystems 4 und den Antriebsbefehl, der der Antriebseinheit 13 erteilt wurde, um die relativen Positionen des maschinellen Bearbeitungskopfes 9 hinsichtlich des Werkstücks 12 zu variieren, und umfassen vorzugsweise ebenso Daten, die den Betrag an Reflexionslicht beeinflussen, das sich durch das optische Lasersystem 4 in der entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt, und Daten, die durch den Betrag an Reflexionslicht beeinflusst werden, zum Beispiel Daten aus einem (nicht gezeigten) externen Sensor, wie einem Temperatursensor zum Messen der Temperatur bei der Peripherie der Laservorrichtung 1, und Daten, die sich auf das Werkstück 12 beziehen, wie das Material, die Dicke, die Größe und die Oberflächenverarbeitungsbedingungen des Werkstücks 12.
Die Entscheidungsfindungseinheit 30 bezieht sich auf das durch die dritte Lerneinheit 29 erlangte Lernergebnis, und nach der Vorhersage, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, falls der optische Abgabebefehl weiterhin nach dem vorstehend beschriebenen Zeitpunkt fortgesetzt wird, bestimmt sie einen optischen Abgabebefehl, durch den geschätzt wird, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nach dem vorstehend beschriebenen Zeitpunkt zu der zweiten vorbestimmten Temperatur geregelt werden wird.
Während die Laservorrichtung 1 zum Lernen verwendet wird, wird der durch die Entscheidungsfindungseinheit 30 bestimmte optische Abgabebefehl zu der Steuereinheit 6 der Laservorrichtung 1 ausgegeben, und gemäß dem von der Entscheidungsfindungseinheit 30 ausgegebenen optischen Abgabebefehl gibt die Steuereinheit 6 den optischen Abgabebefehl zu den jeweiligen Teilen der Laservorrichtung 1 aus, zu denen der optische Abgabebefehl ausgegeben werden muss einschließlich der Stromzufuhreinheit 3 der Laservorrichtung 1. Während mit anderen Worten die Laservorrichtung 1 zum Lernen verwendet wird, übernimmt die Entscheidungsfindungseinheit 30 die Funktionen der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 der Laservorrichtung 1.
Die Bestimmungsdatenerlangungseinheit 28 erlangt eine Differenz zwischen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts - d.h. das Ergebnis, das erlangt wird, wenn die Laservorrichtung 1 den optischen Abgabebefehl ausführt, der durch die Entscheidungsfindungseinheit 30 bestimmt und ausgegeben ist - und der zweiten vorbestimmten Temperatur als Bestimmungsdaten, und gibt die erlangten Bestimmungsdaten zu der Belohnungsberechnungseinheit 32 der dritten Lerneinheit 29 aus.
Die Belohnungsberechnungseinheit 32 berechnet entweder eine positive Belohnung oder eine negative Belohnung in Antwort auf die Bestimmungsdaten. Wenn zum Beispiel vorhergesagt wird, dass die berechnete Temperatur eines bestimmten Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, die in Relation zu jenem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, und der optische Abgabebefehl ausgegeben wird, um sicherzustellen, dass die berechnete Temperatur jenes Temperaturanstiegsabschnitts nicht die vorbestimmte zweite Temperatur überschreitet, die in Relation zu jedem Temperaturanstiegsabschnitts angesetzt wurde, und falls eine Temperaturdifferenz - die erlangt wurde durch Subtrahieren der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, d.h. das Ergebnis des optischen Abgabebefehls, von der zweiten vorbestimmten Temperatur, die in Relation zu dem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist - als z(K) gesetzt wird, dann kann die Belohnung als eine Funktion von z beschrieben werden und wie in 18 gezeigt angesetzt werden. Die Koeffizienten und Indices der Funktion von z sind Beispiele, aber durch Ansetzen der Belohnung unter Verwendung der Funktion usw., die in 18 gezeigt ist, wenn z < 0, oder wenn mit anderen Worten die berechnete Temperatur eines bestimmten Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet, die in Relation zu jenem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, dann nimmt die Belohnung schnell ab, da sich der Betragswert von z derart erhöht, dass wenn |Z| 0,5 K erreicht oder überschreitet, eine negative Belohnung angesetzt wird. Wenn demgegenüber z ≥ 0, oder wenn mit anderen Worten die berechnete Temperatur eines bestimmten Temperaturanstiegsabschnitts nicht die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet, die in Relation zu jenem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, dann nimmt die Belohnung graduell ab, da der Betragswert von z sich derart erhöht, dass wenn |z| sich innerhalb von 1 K befindet, eine positive Belohnung angesetzt wird. Wenn die berechnete Temperatur die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet, dann wird zum Beispiel eine große negative Belohnung selbst bei derselben Temperaturdifferenz von 1 K angesetzt, und deshalb kann das Lernen geführt werden, um soweit wie möglich sicherzustellen, dass die berechnete Temperatur die zweite vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet.
Die Wertefunktionsaktualisierungseinheit 33 aktualisiert eine Wertefunktion auf der Grundlage der durch die Belohnungsberechnungseinheit 32 berechneten Belohnung. Durch wiederholtes Ausführen der vorstehend beschriebenen Prozesse und wiederholtes Aktualisieren der Wertefunktion verbessert sich die Fähigkeit zur Merkmalsentnahme der Wertefunktion, die als das Lernergebnis der dritten Lerneinheit 29 dient, und im Ergebnis wird eine Verbesserung in der Genauigkeit erreicht, mit der der Übergang der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls vorhergesagt wird, während verschiedene Zustände der Laservorrichtung 1 berücksichtigt werden.
Wenn erst einmal die Genauigkeit, mit der der Übergang der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts vorhergesagt wird, einen Sollpegel erreicht hat, dann wird die Wertefunktion, die als das Lernergebnis der dritten Lerneinheit 29 dient, zu der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 von jeder Laservorrichtung 1 einschließlich der Laservorrichtung 1 ausgegeben, die zum Lernen verwendet wurde, und zeichnet die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 die Wertefunktion auf. Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 kann den Übergang der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts und hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit vorhersagen durch Bezugnahme auf die Wertefunktion, während verschiedene Zustände der Laservorrichtung 1 berücksichtigt werden, und kann dann den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf bestimmen und ausgeben, um sicherzustellen, dass die Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte nicht die jeweiligen zweiten vorbestimmten Temperaturen überschreiten.
19 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Beispiel eines spezifischen Lernprozesses, der durch die dritte maschinelle Lernvorrichtung 31 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eingesetzt wird, und Prozesse zeigt, in denen das Lernergebnis verwendet wird.
Wie in 19 gezeigt ist, wenn ein Lernvorgang (Lernverarbeitung) in der dritten Maschinenlernvorrichtung 31 begonnen wird, die in 16 oder 17 gezeigt ist, dann beobachtet die dritte Zustandsbeobachtungseinheit 27 die Zustandsdaten, die den Zustand der Laservorrichtung 1 beschreiben und zumindest zeitserielle Daten des optischen Abgabebefehls bis zu einem bestimmten Zeitpunkt und die berechnete Temperatur von zumindest einem der Temperaturanstiegsabschnitte bis zu demselben Zeitpunkt umfassen (Schritt S201). Die dritte Zustandsbeobachtungseinheit 27 verarbeitet dann die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf, so dass die Daten mit Leichtigkeit durch die dritte Lernvorrichtung 29 verwendet werden können, und gibt dann die Daten zu der dritten Lerneinheit 29 als die Eingabedaten aus (Schritt S202).
Die Entscheidungsfindungseinheit 30 bezieht sich auf die Lernergebnisse, die in der dritten Lerneinheit 29 erlangt sind, bis hin zu jenem Punkt, um den Übergang der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts vorherzusagen, wenn der zuvor angesetzte optische Abgabebefehl nach dem vorstehend beschriebenen Zeitpunkt fortgesetzt ausgeführt wird (Schritt S203), und bestimmt, ob die berechnete Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts vorhergesagt wird, die zweite vorbestimmte Temperatur zu überschreiten oder nicht (Schritt S204).
Wenn die berechnete Temperatur von zumindest einem der Temperaturanstiegsabschnitte vorhergesagt wird, die zweite vorbestimmte Temperatur zu überschreiten, dann bestimmt die Entscheidungsfindungseinheit 30 einen optischen Abgabebefehl, durch den geschätzt wird, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nach dem vorstehend beschriebenen Zeitpunkt auf die zweite vorbestimmte Temperatur geregelt werden wird (Schritt S205). Der optische Abgabebefehl, der durch die Entscheidungsfindungseinheit 30 bestimmt ist, wird zu der Steuereinheit 6 der Laservorrichtung 1 ausgegeben, woraufhin die Steuereinheit 6 den optischen Abgabebefehl, der durch die Entscheidungsfindungseinheit 30 ausgegeben ist, zu den jeweiligen Teilen der Laservorrichtung 1 ausgibt, zu denen der optische Abgabebefehl ausgegeben werden muss, einschließlich der Stromzufuhreinheit 3 der Laservorrichtung 1 gemäß dem optischen Abgabebefehl (Schritt S206). Die Bestimmungsdatenerlangungseinheit 28 erlangt die Differenz zwischen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, d.h. das Ergebnis, das erlangt wird, wenn die Laservorrichtung 1 den optischen Abgabebefehl ausführt, der durch die Entscheidungsfindungseinheit 30 bestimmt und ausgegeben ist, und die zweite vorbestimmte Temperatur als Bestimmungsdaten (Schritt S207).
Die Belohnungsberechnungseinheit 32 berechnet eine Belohnung in Antwort auf die Bestimmungsdaten, die aus der Bestimmungsdatenerlangungseinheit 28 empfangen sind (Schritt S208). Als ein Beispiel der Berechnung einer Belohnung in Antwort auf die Bestimmungsdaten kann zum Beispiel das Belohnungseinstellungsverfahren, das in 18 gezeigt ist, eingesetzt werden. In diesem Verfahren, wenn vorhergesagt wird, dass die berechnete Temperatur eines bestimmten Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, die in Relation zu jenem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, und der optische Abgabebefehl ausgegeben wird, um sicherzustellen, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nicht die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet, die in Relation zu dem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, dann wird die Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, d.h. das Ergebnis des optischen Abgabebefehls, von der zweiten vorbestimmten Temperatur, die in Relation zu dem Temperaturanstiegsabschnitt angesetzt ist, als z(K) gesetzt.
Die Wertefunktionsaktualisierungseinheit 33 aktualisiert die Wertefunktion auf der Grundlage der durch die Belohnungsberechnungseinheit 32 berechneten Belohnung (Schritt S209).
Als nächstes, um zu bestimmen, ob das Lernergebnis den Sollpegel erreicht oder nicht, wird in dem in 19 gezeigten Beispielablaufdiagramm eine Bestimmung getätigt, ob ein gleitender Mittelwert der jüngsten Belohnung größer als der Sollwert ist oder nicht (Schritt S210). Wenn der gleitende Mittelwert des Fehlers bestimmt wird, nicht kleiner als der Sollwert zu sein, dann kehrt die Verarbeitung zu Schritt S201 zurück, in dem das Lernen fortgesetzt wird. Wenn demgegenüber in Schritt S210 bestimmt wird, dass der gleitende Mittelwert der Belohnung größer als der Sollwert ist, dann wird die Wertefunktion, die als das Lernergebnis der dritten Lerneinheit 29 dient, zu der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 der Laservorrichtung 1 ausgegeben (Schritt S214). Die durch die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 empfangene Wertefunktion wird dann in der Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 aufgezeichnet (Schritt S215), woraufhin der Lernvorgang beendet wird.
Nach der Beendigung des Lernvorgangs sagt die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 den Übergang der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit 6 voraus durch Bezugnahme auf die Wertefunktion, die in ihr aufgezeichnet ist, während verschiedene Zustände der Laservorrichtung 1 berücksichtigt werden. Die Notfallbefehlsbestimmungseinheit 8 bestimmt dann den optischen Notfallabgabebefehl und gibt den optischen Notfallabgabebefehl zu der Steuereinheit 6 nach Bedarf aus, um sicherzustellen, dass die Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts nicht die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Es sei darauf hingewiesen, dass wenn in Schritt S204 vorhergesagt wird, dass keine der berechneten Temperaturen der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte die zweiten vorbestimmten Temperaturen überschreiten wird, die jeweils in Relation zu den Temperaturanstiegsabschnitten angesetzt sind, dann kann die Verarbeitung zu Schritt S201 zurückkehren. Als Alternative, wie in dem Ablaufdiagramm in 19 gezeigt ist, kann die Bestimmungsdatenerlangungseinheit 28 die Differenz zwischen der berechneten Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts, d.h. das Ergebnis der fortgesetzten Ausführung des zuvor angesetzten optischen Abgabebefehls, und der zweiten vorbestimmten Temperatur als die Bestimmungsdaten erlangen (Schritt S211), kann eine Bestimmung getätigt werden, ob die berechnete Temperatur eines jeden Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet oder nicht (Schritt S212), und wenn keine der berechneten Temperaturen der Temperaturanstiegsabschnitte die zweiten vorbestimmten Temperaturen überschreitet, die jeweils in Relation zu den Temperaturanstiegsabschnitten angesetzt sind, dann kann die Verarbeitung zu Schritt S201 zurückkehren, wohingegen wenn die berechnete Temperatur von zumindest einem der Temperaturanstiegsabschnitte die zweite vorbestimmte Temperatur überschreitet, oder wenn mit anderen Worten z(K) z > 0 ist, dann kann die Belohnungsberechnungseinheit 32 eine negative Belohnung (Schritt S213) gemäß einem Belohnungseinstellungsverfahren berechnen, das zum Beispiel 20 gezeigt ist und das ähnlich dem Belohnungseinstellungsverfahren ist, das in 18 gezeigt ist, woraufhin die Verarbeitung zu Schritt S209 übergeht.
Durch wiederholtes Ausführen der Schritte S201 bis S213 und wiederholtes Aktualisieren der Wertefunktion verbessert sich die Fähigkeit zur Merkmalsentnahme der Wertefunktion, die als das Lernergebnis der dritten Lerneinheit 29 dient.
Durch Ausführung von verstärktem Lernen zum Erlernen, durch Versuch und Fehler, der optimalen Maßnahme (Abgabe des optischen Notfallabgabebefehls), die durch die Laservorrichtung 1 in jedem verschiedener Betriebszustände durchzuführen ist, auf der Grundlage der Bestimmungsdaten, um die Laservorrichtung 1 zu veranlassen, um einen Sollbetrieb durchzuführen, wie dies in diesem Ausführungsbeispiel der Fall ist, kann ein optischer Abgabebefehl zum Regeln der Temperatur eines Temperaturanstiegsabschnitts auf eine Solltemperatur ohne menschliches Eingreifen unter Bedingungen genauer ausgegeben werden, in denen der Zustand der Laservorrichtung variiert.
Es sei darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Demgemäß ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt und kann verschiedenen Modifikationen unterzogen werden. In dem maschinellen Lernen des dritten bis fünften Ausführungsbeispiels kann das Lernergebnis ebenso unter einer Vielzahl von maschinellen Lernvorrichtungen über ein Netzwerk oder dergleichen gemeinsam verwendet werden. Des Weiteren, selbst wenn eine Schadensart, die von dem Temperaturanstieg, der in der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, verschieden ist, als ein Schaden an der Laservorrichtung und dem optischen Lasersystem vorliegt, der durch Reflexionslicht verursacht wird, kann die vorliegende Erfindung zumindest bei den Teilen angewendet werden, die durch einen Temperaturanstiegs beschädigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007042981 [0003]
WO 2016/002947 [0005, 0009]

Claims

Laservorrichtung, umfassend: zumindest einen Laseroszillator; eine Stromzufuhreinheit zum Zuführen eines Antriebsstroms zu dem Laseroszi llator; ein optisches Lasersystem, das einen maschinellen Bearbeitungskopf umfasst zum Bestrahlen eines Werkstücks, das als ein Ziel der maschinellen Laserbearbeitung dient, mit Laserlicht, das aus dem Laseroszillator durch eine optische Faser abgestrahlt ist; zumindest eine Lichterfassungseinheit, die das von dem Laseroszillator abgestrahlte Laserlicht und Reflexionslichts erfassen kann, das sich in einer im Wesentlichen entgegengesetzten Richtung hinsichtlich des Laserlichts fortpflanzt; und eine Steuereinheit, die einen optischen Abgabebefehl und einen Stromabgabebefehl entsprechend dem optischen Abgabebefehl zu der Stromzufuhreinheit ausgibt, wobei die Laservorrichtung weiterhin umfasst: eine Temperaturberechnungseinheit, die entweder innerhalb der Laservorrichtung oder außerhalb der Laservorrichtung vorgesehen ist und ein Erfassungsergebnis verwendet, das durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, um die Temperatur von zumindest einem der jeweiligen Temperaturanstiegsabschnitte der Laservorrichtung zu berechnen, deren Temperatur in Antwort auf das Reflexionslicht ansteigt; und eine Notfallbefehlsbestimmungseinheit, die auf die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts Bezug nimmt, die durch die Temperaturberechnungseinheit berechnet ist, und um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nicht eine erste vorbestimmte Temperatur überschreitet, die eine zulässige obere Grenztemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts ist und die bei einer niedrigeren Temperatur als eine obere Grenzwärmewiderstandstemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung der oberen Grenzwärmewiderstandstemperatur als eine Referenz angesetzt ist, nach Bedarf einen optischen Notfallabgabebefehl bestimmt und ausgibt mit dem Ziel des Regelns der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts entweder auf eine zweite vorbestimmte Temperatur, die eine Regelsolltemperatur des Temperaturanstiegsabschnitts ist und die auf eine niedrigere Temperatur als die erste bestimmte Temperatur angesetzt ist, oder auf eine niedrigere Temperatur als die zweite vorbestimmte Temperatur, wobei, wenn der optische Notfallabgabebefehl ausgegeben wird, die Steuereinheit den optischen Abgabebefehl, der durch sie ausgegeben wird, zu dem optischen Notfallabgabebefehl umschaltet und den optischen Notfallabgabebefehl ausgibt.
Laservorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur von einem der Temperaturanstiegsabschnitte aus einer Energieerhaltungsgleichung berechnet, in der ein Wert - der erlangt wird durch Subtrahieren eines Zeitintegrals eines Wärmebetrags, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, von einem Zeitintegral eines Wärmebetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt - mit einer Energie übereinstimmt, die in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert wurde, oder aus einer Gleichung, die durch Modifizieren der Energieerhaltungsgleichung erlangt wurde.
Laservorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts als eine allgemeine Lösung einer Differenzialgleichung berechnet, die erlangt wird durch zeitliche Ableitung einer Energieerhaltungsgleichung, in der der Wert - der erlangt wird durch Subtrahieren des Zeitintegrals des Wärmebetrags, der aus der Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, von dem Zeitintegral des Wärmebetrags, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt - mit der Energie übereinstimmt, die in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert wurde.
Laservorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei eine Wärmezuflussbetragsgleichung, die den Erfassungswert, der durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, als eine Funktion umfasst und aus der der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet wird.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei ein thermischer Widerstand aus dem Temperaturanstiegsabschnitt hin zu einem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts und eine thermische Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet werden, und die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts unter Verwendung eines Werts berechnet, der erlangt wird durch Teilen einer Temperaturdifferenz - wobei die Temperaturdifferenz durch Subtrahieren einer Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts von der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts erlangt wird - durch den thermischen Widerstand aus dem Temperaturanstiegsabschnitt hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts als ein Wärmeabflussbetrag, der aus dem Temperaturanstiegsabschnitt herausfließt, und unter Verwendung eines Werts, der erlangt wird durch Multiplizieren der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts mit der Temperaturdifferenz, die erlangt wird durch Subtrahieren der Temperatur zu dem festgelegten Temperaturpunkt des Temperaturanstiegsabschnitts von der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, als die Energie, die sich in dem Temperaturanstiegsabschnitt akkumuliert hat.
Laservorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur eines linearen Temperaturanstiegsabschnitts berechnet unter Verwendung von dessen thermischer Kapazität pro Einheitslänge und dessen thermischen Widerstands pro Einheitslänge bis hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend eine Vielzahl der Lichterfassungseinheit, wobei ein Betrag an Reflexionslicht, der sich durch einen Kern der optischen Faser fortpflanzt, und ein Betrag an Reflexionslicht, der sich durch den Mantel der optischen Faser fortpflanzt, getrennt aus Erfassungsergebnissen erfasst werden können, die durch die Vielzahl der Lichterfassungseinheit erlangt sind.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Vielzahl der Lichterfassungseinheit, wobei zumindest eine der Vielzahl der Lichterfassungseinheit eine andere Ansprechwellenlängeneigenschaft hinsichtlich der anderen Lichterfassungseinheiten aufweist.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Notfallbefehlsbestimmungseinheit den optischen Notfallabgabebefehl bestimmt auf der Grundlage eines Steuerverfahrens zum Regeln der Lichtabgabe relativ zu der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, oder zu der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts und deren Übergang unter Verwendung der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch die Temperaturberechnungseinheit berechnet ist, als Eingabedaten.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Notfallbefehlsbestimmungseinheit einen Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nach einem bestimmten Zeitpunkt vorhersagt aus zumindest berechneten Temperaturen des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch die Temperaturberechnungseinheit berechnet sind, bei und bis hin zu dem bestimmten Zeitpunkt und entweder dem optischen Abgabebefehl, der momentan durch die Steuereinheit ausgeben wird, oder dem optischen Abgabebefehl, der im Begriffe ist, durch die Steuereinheit ausgegeben zu werden, und bestimmt den optischen Notfallabgabebefehl durch Bezugnahme auf den vorhergesagten Übergang der Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Lichtabgabe des Laserlichts unmittelbar angehalten wird, wenn die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, die durch den Temperaturberechnungseinheit in Relation zu dem Temperaturanstiegsabschnitt berechnet ist, die erste vorbestimmte Temperatur erreicht oder die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die erste vorbestimmte Temperatur überschreitet.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Laservorrichtung mit einem Netzwerk zusammen mit der Temperaturberechnungseinheit verbunden ist und die Temperaturberechnungseinheit gemeinsam mit einer Vielzahl von Laservorrichtungen innerhalb derselben Zelle gemeinsam verwendet, wobei die Vielzahl von Laservorrichtungen ebenso mit dem Netzwerk verbunden ist.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 5 bis 12, wobei die Temperaturberechnungseinheit kommunikationsfähig mit einer ersten Lerneinheit einer ersten Maschinenlernvorrichtung verbunden ist, hinsichtlich zumindest eines Temperaturanstiegsabschnitts der Laservorrichtung die erste Lerneinheit, durch maschinelles Lernen, zumindest eines erlernt aus entweder einer Gleichung, aus der eine physikalische Größe berechnet werden kann, oder einer physikalische Größen unter der Wärmezuflussbetragsgleichung, die den Erfassungswert umfasst, der durch die Lichterfassungseinheit als eine Funktion erlangt ist und aus dem der Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, berechnet werden kann, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt hin zu dem festgelegten Temperaturpunkt umfasst, und die Temperaturberechnungseinheit die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts berechnet durch Bezugnahme auf ein Lernergebnis, das durch die erste Lerneinheit erlangt ist, wobei das Lernergebnis aus der ersten Lerneinheit erlangt wird und in der Temperaturberechnungseinheit aufgezeichnet wird.
Laservorrichtung gemäß Anspruch 13, wobei die erste Maschinenlernvorrichtung eine erste Zustandsbeobachtungseinheit umfasst, zumindest während einer Lernphase die erste Zustandsbeobachtungseinheit kommunikationsfähig mit der Steuereinheit einer Lernlaservorrichtung verbunden ist, die angelegt ist, um die Temperatur von zumindest einem Temperaturanstiegsabschnitt unter Verwendung zumindest einer Temperaturerfassungseinheit messen zu können, und die den optischen Abgabebefehl gemäß einem optischen Lernausgabebefehlsprogramm ausführt, wodurch die erste Zustandsbeobachtungseinheit das Erfassungsergebnis, das durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, und ein Messergebnis, das die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angibt, die wiederum durch die Temperaturerfassungseinheit erlangt ist, als Zustandsdaten beobachtet, die sich auf die Lernlaservorrichtung beziehen, die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf derart verarbeitet, dass die Daten mit Leichtigkeit durch die erste Lerneinheit verwendet werden können, und dann die Daten zu der ersten Lerneinheit ausgibt, und die erste Lerneinheit ein Modell erlernt, das sich auf die Regelmäßigkeit der Zustandsdaten der Lernlaservorrichtung bezieht, wobei die Zustandsdaten das Erfassungsergebnis, das durch die Lichterfassungseinheit erfasst ist, und das Messergebnis umfassen, das die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts angibt, die wiederum durch die Temperaturerfassungseinheit erlangt ist, und, als ein Lernergebnis, ein erstes Lernmodell aufbaut, das zumindest eine entweder einer Gleichung, aus der zumindest eine physikalische Größe berechnet werden kann, oder einer physikalischen Größe umfasst, unter dem Wärmebetrag, der in den Temperaturanstiegsabschnitt hineinfließt, der als eine Funktion des Erfassungswerts, der durch die Lichterfassungseinheit erlangt ist, der thermischen Kapazität des Temperaturanstiegsabschnitts und des thermischen Widerstands aus dem Temperaturanstiegsabschnitt zu dem festgelegten Temperaturpunkt berechnet werden kann.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine zweite Maschinenlernvorrichtung eine zweite Zustandsbeobachtungseinheit, eine Label-Erlangungseinheit und eine zweite Lerneinheit umfasst und kommunikationsfähig mit der Steuereinheit verbunden ist, die zweite Zustandsbeobachtungseinheit Zustandsdaten beobachtet, die den Zustand der Laservorrichtung beschreiben und den optischen Abgabebefehl umfassen, die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf derart verarbeitet, dass die Daten mit Leichtigkeit durch die zweite Lerneinheit verwendet werden können, und dann die Daten zu der zweiten Lerneinheit als Eingabedaten ausgibt, die Label-Erlangungseinheit, als ein Label, zeitserielle Daten erlangt, die den Eingabedaten entsprechen und sich auf die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts beziehen, die durch die Temperaturberechnungseinheit berechnet ist, und ein Erlangungsergebnis zu der zweiten Lerneinheit ausgibt, die zweite Lerneinheit eine Fehlerberechnungseinheit, die einen Fehler in dem Label relativ zu den Eingabedaten auf der Grundlage eines zweiten Lernmodells berechnet, das aufgebaut ist, um das Label aus den Eingabedaten darzustellen, und eine Lernmodellaktualisierungseinheit umfasst, die das zweite Lernmodell gemäß dem Fehler aktualisiert, und die Notfallbefehlsbestimmungseinheit den Übergang der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit vorhersagt durch Bezugnahme auf ein Lernergebnis, das durch die zweite Lerneinheit erlernt ist durch wiederholtes Aktualisieren des zweiten Lernmodells, und den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf bestimmt und ausgibt, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet.
Laservorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei eine dritte Maschinenlernvorrichtung eine dritte Zustandsbeobachtungseinheit, eine Bestimmungsdatenerlangungseinheit, eine dritte Lerneinheit und eine Entscheidungsfindungseinheit umfasst und kommunikationsfähig mit der Steuereinheit verbunden ist, die dritte Lerneinheit eine Belohnungsberechnungseinheit und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit umfasst, die dritte Zustandsbeobachtungseinheit Zustandsdaten beobachtet, die den Zustand der Laservorrichtung beschreiben und zeitserielle Daten, die sich auf den optischen Abgabebefehl beziehen, bis zu einem bestimmten Zeitpunkt, und die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts bis hin zu dem bestimmten Zeitpunkt umfassen, die beobachteten Zustandsdaten nach Bedarf derart verarbeitet, dass die Daten mit Leichtigkeit durch die dritte Lerneinheit verwendet werden können, und dann die Daten zu der dritten Lerneinheit als Eingabedaten ausgibt, die Entscheidungsfindungseinheit auf ein durch die dritte Lerneinheit erlangtes Lernergebnis Bezug nimmt, und nach der Vorhersage, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur überschreiten wird, falls der optische Abgabebefehl fortgesetzt nach dem bestimmten Zeitpunkt ausgeführt wird, einen optischen Abgabebefehl bestimmt, durch den geschätzt wird, dass die berechnete Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts nach dem bestimmten Zeitpunkt auf die zweite vorbestimmte Temperatur geregelt werden wird, und den bestimmten optischen Abgabebefehl zu der Steuereinheit der Laservorrichtung ausgibt, die Bestimmungsdatenerlangungseinheit eine Differenz zwischen der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts, wobei die berechnete Temperatur das Ergebnis des optischen Abgabebefehls ist, der durch die Entscheidungsfindungseinheit bestimmt und ausgegeben wurde, und der zweiten vorbestimmten Temperatur als Bestimmungsdaten erlangt, und die erlangten Bestimmungsdaten zu der Belohnungsberechnungseinheit ausgibt, die Belohnungsberechnungseinheit entweder eine positive Belohnung oder eine negative Belohnung in Antwort auf die Bestimmungsdaten berechnet, die Wertefunktionsaktualisierungseinheit eine Wertefunktion auf der Grundlage der berechneten Belohnung aktualisiert, und zu einem Zeitpunkt außerhalb der Zeitspanne, in der die Laservorrichtung zum Lernen verwendet wird, die Notfallbefehlsbestimmungseinheit der Laservorrichtung den Übergang der berechneten Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitt hinsichtlich des optischen Abgabebefehls aus der Steuereinheit vorhersagt durch Bezugnahme auf die Wertefunktion, die als ein Lernergebnis dient, das durch die dritte Lerneinheit durch wiederholtes Aktualisieren der Wertefunktion erlangt ist, und den optischen Notfallabgabebefehl nach Bedarf bestimmt und ausgibt, um sicherzustellen, dass die Temperatur des Temperaturanstiegsabschnitts die zweite vorbestimmte Temperatur nicht überschreitet.