DE102019215633A1

DE102019215633A1 - Laseroszillatorüberwachungssteuersystem

Info

Publication number: DE102019215633A1
Application number: DE102019215633.9A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Suzuki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-12
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2039-10-12
Also published as: DE102019215633B4; CN111048979B; CN111048979A; JP2020061512A; JP6802234B2; US20200119515A1; US11081854B2

Abstract

Ein Laseroszillator wird bereitgestellt, der zum Detektieren einer Streulichtintensität es sei gereist, wenn ein Laserstrahl auf eine Endoberfläche einer Faser einfällt. Ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem umfasst: eine Streulichtdetektionseinheit 20, die eine Streulichtintensität an einer Eingangsendoberfläche einer Prozessfaser 5 eines Faserlaseroszillators A detektiert; eine Steuereinheit 21, die einen Laserausgangswerts auf der Basis eines Laserausgangsbefehlswerts von einer CNC 9 und einem durch die Streulichtdetektionseinheit 20 erhaltenen Detektionsergebnis steuert; eine Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, die einen normalen Indexwerts berechnet; eine erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23, die einen ersten Schwellenwert einstellt, der eine Unregelmäßigkeit angibt, die aus einer Verunreinigung und/oder einem Kratzer resultiert; der zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24, die einen zweiten Schwellenwert einstellt, der eine Unregelmäßigkeit angibt, die aus einer Optikachsenverschiebung resultiert; und eine dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25, die einen dritten Schwellenwert einstellt, der eine Unregelmäßigkeit eines Niveaus angibt, bei dem eine Komponente zerstört wird. Die Steuereinheit 21 steuert einen Laserausgangswerts auf der Basis der durch die Streulichtdetektionseinheit 20 detektierten Streulichtintensität, des ersten Schwellenwerts S2, dass zweiten Schwellenwerts S3 und des dritten Schwellenwerts S4.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem.
Stand der Technik
Konventionell werden Faserlaseroszillatoren (Laseroszillatoren) häufig in Bearbeitungswerkzeugen und etwas Ähnlichem aufgrund von vielen Vorteilen wie beispielsweise einer hohen Energieumwandlungseffizienz, einer hohen Ausgangsleistung und einer einfachen Wartung verwendet.
Beispielsweise, wie in 5 dargestellt, umfasst ein Laseroszillator A von diesem Typ eine Energieversorgung 1, einen Laserresonator (Laserhohlraum) (LC) 2, der eine optische Faser als ein Lasermedium, eine Anregungsquelle und einen Resonanzspiegel umfasst, einen Strahlkombinierer 4, der eine Vielzahl von optischen Fasern schweißt, die einen Laserstrahl von dem Laserresonator 2 zu einer Führungsfaser 3 führt, um einen Hochleistungslaserstrahl auszugeben, und einen Faser-Durchmesser-Umwandlungskoppler 7, der einen von dem Strahlkombinierer 4 geführten Laserstrahl zu einem Bearbeitungskopf 6 über eine Prozessfaser 5 führt, oder einen Laserstrahlverteilungsstrahlteiler 8, der den von dem Strahlkombinierer 4 geführten Laserstrahl zu einer Vielzahl von Bearbeitungsköpfen 6 führt.
In dem Faserlaseroszillator A eines Bearbeitungswerkzeugs oder etwas Ähnlichem werden ein Stromwert der Energieversorgung 1, die Leistung in dem Laserresonator 2 und die Leistung in dem Strahlkombinierer 4 detektiert und eine computernumerische Steuereinheit (CNC) 9 führt eine Steuerung aus, während überwacht wird, ob entsprechende Vorrichtungseinheiten entsprechend Befehlswerten arbeiten (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Darüber hinaus wird in einem Abschnitt des Kopplers 7 oder des Strahlteilers 8, bei dem ein Laserstrahl auf eine Eingangsendoberfläche der Prozessfaser 5 einfällt, wie in 6 dargestellt, eine Streulichtintensität durch eine Fotodiode (PD) 10 überwacht, um eine Unregelmäßigkeit zu detektieren, und eine Steuerung wie beispielsweise ein Anhalten einer Laseroszillation wird ausgeführt. In 6 sind Bezugszeichen 11 und 12 Linsen.
Patentdokument 1: japanische ungeprüfte Patentanmeldung (Übersetzung der P_CT Anmeldung), mit der Veröffentlichungsnummer 2005-161361
Zusammenfassung der Erfindung
Andererseits, wie bekannt ist, wie in 7 dargestellt, wird die optische Faser 5 in einer Dreilagen-Struktur gebildet, die einen Kern 13 einer Achse, eine Verkleidung 14 und eine Beschichtung 15 umfasst. In einem Abschnitt des Kopplers 7 und des Strahlteilers 8, bei dem ein Laserstrahl auf eine Eingangsendoberfläche der Prozessfaser 5 einfällt, wird ein Fokuspunkt auf der Linse 12 (11) gebildet, um einen Laserstrahl zu dem Kern 13 zu emittieren, bei der Eingangsendoberfläche der Faser.
In dem Abschnitt des Kopplers 7 oder des Strahlteiler 8, bei dem ein Laserstrahl auf eine Eingangsendoberfläche der Faser einfällt, wie in den 5 bis 7 dargestellt, wird eine Streulichtintensität durch die Fotodiode 10 detektiert und die CNC 9 führt eine Steuerung zum Anhalten einer Laseroszillation aus, wenn eine unregelmäßige Streulichtintensität detektiert wird.
Insbesondere, wie in 7 dargestellt, wenn eine Unregelmäßigkeit wie ein Anheften von Staub oder eines Wassertropfens (Tau), eine Verunreinigung aufgrund eines Trocknens oder ein Kratzer an einer Endoberfläche einer Faser vorhanden ist, erhöht sich die durch die Fotodiode 10 detektierte Streulichtintensität. Wenn eine optische Achse verschoben wird, vermindert sich die Streulichtintensität. Es ist ebenso bekannt, dass, wenn eine Unregelmäßigkeit wie beispielsweise eine Verunreinigung oder ein Kratzer auf einem Spiegel des Strahlteilers 8 vorhanden ist, erhöht sich die Streulichtintensität und eine Reinigung oder etwas Ähnliches ist notwendig.
Daher wird in dem Abschnitt des Kopplers 7 oder des Strahlteilers 8, bei dem ein Laserstrahl auf eine Endoberfläche der Faser einfällt, durch die Fotodiode 10 detektiert. Wie in 8 dargestellt, wenn eine Streulichtintensität größer als ein vorbestimmter oberer Grenzwert (ein Alarmgrenzwert) detektiert wird, wird bestimmt, dass eine Verunreinigung oder ein Kratzer an der Endoberfläche der Faser vorhanden ist, wird ein Alarm (Warnung) ausgegeben und wird eine Laseroszillation angehalten.
Allerdings wird in dem konventionellen Verfahren, selbst wenn eine Verunreinigung oder ein Kratzer an der Endoberfläche einer Faser vorhanden ist, in Laserstrahl mit der Nennleistung wie in dem Befehl emittiert. Wenn die Streulichtintensität in diesem Zustand von dem Bereich des oberen Grenzalarmschwellenwerts abweicht, wird bestimmt, dass eine Unregelmäßigkeit aufgetreten ist, und eine Laserbestrahlung wird angehalten. Daher, da ein Laserstrahl mit der zu einem Befehlswert gehörigen Nennleistung in die Endoberfläche der Faser eingegeben wird, selbst wenn eine Verunreinigung aufgrund von Staub oder etwas Ähnlichem an der Endoberfläche der Faser vorhanden ist, kann der Staub oder etwas Ähnliches verbrennen und die Endoberfläche der Faser kann zerstört (beschädigt) werden.
Da ein Laserstrahl mit der Nennleistung abgestrahlt wird, selbst wenn die optische Achse verschoben wird, kann ein Laserstrahl mit einer vorbestimmten Intensität nicht von dem Bearbeitungskopf emittiert werden und der Laserstrahl kann auf einen unerwarteten Abschnitt (Komponente) abgestrahlt werden, um die Komponente zu zerstören (zu beschädigen), wodurch ein großer Schaden verursacht wird.
Das heißt, in dem konventionellen Verfahren, da ein Alarmschwellenwert (Grenzwert) für ein Beschädigungsniveau einer Komponente wie beispielsweise der Endoberfläche einer Faser eingestellt wird, kann eine Unregelmäßigkeit in einem geringeren Leistungszustand eines Laserstrahls nicht detektiert werden. Aufgrund dessen, selbst wenn eine Laserbestrahlung auf ein Detektieren einer Unregelmäßigkeit angehalten wird, kann ein Schaden in der Komponente auftreten.
Wie in 8 dargestellt, kann es in dem konventionellen Verfahren, wenn die optische Achse verschoben wird und eine Streulichtintensität sich vermindert, einen Fall geben, bei dem Streulicht nicht detektiert wird, obwohl die Intensität ein Alarmniveau überschreitet. Darüber hinaus gibt es ebenso einen Fall, bei dem eine Verunreinigung in einem niedrigen Leistungszustand des Laserstrahls nicht detektiert wird und eine Unregelmäßigkeit nicht detektiert wird, obwohl die Verunreinigung auf der Endoberfläche der Faser vorhanden ist.
Andererseits verändert sich die detektierte Streulichtintensität der Fotodiode 10 in Abhängigkeit von einer Schwankung in Eigenschaften der Fotodiode selbst, einer winzigen Differenz (einer winzigen Differenz in einem Winkel und einer Position) in einer Anbringungsposition und etwas Ähnliches. Aufgrund dessen ist es notwendig eine Einstellung und Kalibration einer Intensität nach einem Anbringen auszuführen, und viel Zeit und Aufwand wird während eines Versands, einer Wartung und eines Ersetzen oder einer Herstellung des Laseroszillators, bei dem die Intensität eingestellt und kalibriert wird, notwendig. Daher gibt es eine starke Nachfrage nach einem Entwickeln eines Verfahrens, dass zum Reduzieren der Zeit und des Aufwands zum Ausführen einer Einstellungen einer Kalibration der Intensität des Laseroszillators geeignet ist.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der oben beschriebenen Probleme gemacht und eine Aufgabe davon ist es ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem bereitzustellen, dass zum Verhindern einer Zerstörung (Beschädigung) von Komponenten wie beispielsweise einer optischen Faser geeignet ist, und dass eine Intensitätseinstellung und Kalibration ermöglicht, die effizient während eines Versands, einer Wartung und einem Ersetzen oder einer Herstellung eines Laseroszillators ausgeführt wird.
Der vorliegende Erfindung hat Mittel gefunden, die zum Verhindern einer Zerstörung (einer Beschädigung) von Komponenten wie beispielsweise einer optischen Faser geeignet sind und eine Intensitätseinstellung und Kalibration ermöglichen, die effizient während eines Versands, einer Wartung und eines Austauschens oder einer Herstellung eines Laseroszillators geeignet ist, und hat die Erfindung abgeschlossen.

(1) Durch die vorliegende Erfindung stellt ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem bereit, dass umfasst: eine Streulichtdetektionseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Streulichtdetektionseinheit 20 und eine Fotodiode 10), die eine Streulichtintensität an einer Eingangsendoberfläche einer Prozessfaser (beispielsweise eine später zu beschreibende Prozessfaser 5) eines Faserlaseroszillators (beispielsweise ein später zu beschreibender Laseroszillator A) detektiert; eine Steuereinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Steuereinheit 21), die einen Laserausgangswerts (Laserleistungswert) auf der Basis eines Laserausgangsbefehlswerts (Laserleistungsbefehlswert) von einer computernumerischen Steuereinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende CNC 9) und ein durch die Streulichtdetektionseinheit erhaltenes Detektionsergebnis steuert; einen Normal-Streulicht-Berechnungseinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22), die einen normalen Indexwert (beispielsweise einen später zu beschreibenden normalen Indexwert S1), der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem normalen Zustand angibt; eine erste Schwellenwert-Einstelleinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23), die einen ersten Schwellenwert (beispielsweise einen später zu beschreibenden ersten Schwellenwert S2) einstellt, der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand, der aus einer Verunreinigung und/oder einem Kratzer resultiert, angibt; eine zweite Schwellenwert-Einstelleinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24), die einen zweiten Schwellenwert (beispielsweise einen später zu beschreibenden zweiten Schwellenwert S3) einstellt, der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand, der von einer Optikachsenverschiebung resultiert, angibt; und eine dritte Schwellenwert-Einstelleinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25), die einen dritten Schwellenwert (beispielsweise einen später zu beschreibenden dritten Schwellenwert S4 einstellt), der die Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand eines Niveaus angibt, bei dem eine Komponente zerstört wird, wobei die Steuereinheit einen Laserausgangswerts auf der Basis von durch die Streulichtdetektionseinheit detektierter Streulichtintensität, des ersten Schwellenwerts, des zweiten Schwellenwerts und des dritten Schwellenwerts steuert.
(2) Die Erfindung von (1) kann weiter umfassen: eine Warneinheit (beispielsweise eine später zu beschreibende Wareneinheit 26), die eine Warnung ausgibt, wenn die den ersten schwellenwertüberschreitende Streulichtintensität detektiert wird, wenn die Streulichtintensität geringer als der zweite Schwellenwert detektiert wird und wenn die den dritten Schwellenwert erreichende Streulichtintensität detektiert wird.
(3) In der Erfindung von (1) oder (2) kann die erste Schwellenwert-Einstelleinheit den ersten Schwellenwert durch Hinzufügen eines Streulichtintensitätswerts einstellen, der eine erste positive Konstante ist, zu der Streulichtintensität des normalen Indexwerts und kann die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit den zweiten Schwellenwert durch Subtrahieren eines Streulichtintensitätswerts, der eine zweite positive Konstante ist, von der Streulichtintensität des normalen Indexwerts einstellen.
(4) In der Erfindung von (1) oder (2) in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität, wenn die Streulichtintensität des normalen Indexwerts gleich S (P_C) ist, wobei der Laserausgangsbefehlswert P_C ist und a1, a2, b1 und b2 positive Konstanten sind, kann die erste Schwellenwert-Einstelleinheit den ersten Schwellenwert als S(P_C) + (a1 × S (P_C) + b1) einstellen und kann die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit den zweiten Schwellenwert als S (P_C) - (a2 × (S(P_C) + b2) einstellen.
(5) Die Erfindung von (1) bis (4) kann weiter umfassen: eine Laserausgabeunterdrückungseinheit, die einen Klemmbefehlswert M1 des maximalen Laserausgangsbefehlswerts auf einen Klemmbefehlswert M2 erniedrigt, der als (P_CF × (der dritte Schwellenwert)/S (P_CF ) berechnet wird, mit einer Warnung, wenn die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert überschreitet, wobei die Streulichtintensität auf ein Erreichen des ersten Schwellenwerts gleich S(P_CF ) ist und der Laserausgangsbefehlswert auf ein Erreichen des ersten Schwellenwerts P_CF ist, in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität.
(6) In der Erfindung von (1) bis (5), in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität, kann der dritte Schwellenwert identisch zu dem ersten Schwellenwert bei einem maximalen nennen Laserausgangsbefehlswert (P_C) eingestellt werden.
(7) In der Erfindung von (5) oder (6) kann der Klemmbefehlswert 1 auf einen maximalen nennen Laserausgangsbefehlswert (P_CM) eingestellt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich eine Zerstörung von Komponenten wie beispielsweise einer optischen Faser zu verhindern und eine Intensitätseinstellung und eine Kalibration effektiv während eines Versands, einer Wartung und eines Austausch oder einer Herstellung eines Laseroszillators auszuführen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das einen Laseroszillator gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und ein Überwachungssteuersystem des Laseroszillators darstellt.
2 ist ein Diagramm, das erste, zweite und dritte Schwellenwerte darstellt, die durch das Überwachungssteuersystem des Laseroszillators gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingestellt werden.
3 ist ein Diagramm, das einen ersten, einen zweiten und einen dritten Schwellenwert darstellt, die durch das Überwachungssteuersystem des Laseroszillators gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingestellt werden.
4 ist ein Diagramm, das zum Beschreiben eines Verfahrens zum Einstellen des ersten und des zweiten Schwellenwerts aus 3 verwendet wird.
5 ist ein Diagramm, das einen Laseroszillator darstellt.
6 ist ein Diagramm, das einen Zustand darstellt, bei dem Streulicht von einer Endoberfläche einer mit einem Koppler verbundenen Prozessfaser durch eine Fotodiode detektiert wird.
7 ist ein Diagramm, das ein Zustand von Streulicht von einer Endoberfläche einer Prozessfaser in einem normalen Zustand, einem unregelmäßigen Zustand wie beispielsweise ein Anheften einer Verunreinigung und einem unregelmäßigen Zustand wie beispielsweise einer Optikachsenverschiebung darstellt.
8 ist ein Diagramm, das zum Beschreiben eines Verfahrens zum Überwachen und steuern einer Streulichtintensität in einem konventionellen Laseroszillator verwendet wird.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Nachfolgend wird ein Überwachungssteuersystem eines Laseroszillators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu den 1 bis 4 beschrieben.
Ein Laseroszillator A der vorliegenden Ausführungsform ist ein Faserlaseroszillator. Beispielsweise, wie in 1 dargestellt, umfasst der Laseroszillator A eine Energieversorgung 1, einen Laserresonator (LC) 2, der eine optische Faser als ein Lasermedium, zu welchem elektrische Energie von der Energieversorgung 1 zugeführt wird und das einen Laserstrahl oszilliert, eine Anregungsquelle wie beispielsweise einem Halbleiterlaser und einen sogenannten Spiegel umfasst, einen Strahlkombinierer 4, der eine Vielzahl von optischen Fasern schweißt, die einen Laserstrahl von dem Laserresonator 2 zu einer Führungsfaser zum Ausgeben eines Hochleistungslaserstrahls führt, und einen Faserdurchmesserumwandlungskoppler 7 oder einen Laserstrahlverteilungsstrahlteiler 8, der einen von dem Strahlkombinierer 4 geführten Laserstrahl zu einem Bearbeitungskopf 6 über eine Prozessfaser 5 führt.
Darüberhinaus umfasst der Laseroszillator A der vorliegenden Ausführungsform ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B, das Unregelmäßigkeiten in dem Laseroszillator durch Detektieren eines Stromwerts der Energieversorgung 1, der Leistung in dem Laserresonator 2 und der Leistung in dem Strahlkombinierer 4 detektiert, um zu überwachen, ob entsprechende Vorrichtungseinheit gemäß den Befehlswerten von einer computernumerischen Steuereinheit (CNC) 9 betrieben werden, und die Streulichtintensität mit der Hilfe einer Fotodiode (PD) 10 in einem Abschnitt des Kopplers 7 oder des Strahlteilers 8, in dem ein Laserstrahl auf eine Endoberfläche (eine Eingangsendoberfläche der Prozessfaser 5) der Faser einfällt, überwacht.
Ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B umfasst eine Streulichtdetektionseinheit 20, die direkt oder indirekt einen Ausgangswerts eines von dem Koppler 7 oder dem Strahlteiler 8 zu der Prozessfaser 5 geführten Laserstrahls detektiert, und eine Steuereinheit 21, die einen Laserausgangswerts auf der Basis des Laserausgangsbefehlswert von der CNC 9 steuert und eine Steuerung zum Anhalten der Ausgabe des Laserstrahls auf der Basis eines durch die Streulichtdetektionseinheit 20 erhaltenen Detektionsergebnisses ausführt.
Die Streulichtdetektionseinheit 20 der vorliegenden Ausführungsform ist die Fotodiode 10 und detektiert ein Streulicht (Streulichtintensität) in einem Abschnitt des Kopplers 7 oder des Strahlteilers 8, in dem ein Laserstrahl auf die Endoberfläche der Faser einfällt. Mit anderen Worten detektiert die Streulichtdetektionseinheit 20 der Fotodiode 10 indirekt einen Ausgangswert eines von dem Koppler 7 oder dem Strahlteiler 8 zu der Prozessfaser 5 geführten Laserstrahls.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform, wenn eine Fotodiode als die Streulichtdetektionseinheit 20 verwendet wird, kann die Fotodiode 10, die konventionell für eine Ausrichtung einer optischen Achse vorgesehen ist, als die Streulichtdetektionseinheit 20 verwendet werden. Darüber hinaus wird in der vorliegenden Ausführungsform die CNC 9 als eine Steuereinheit 21 des Laseroszillatorüberwachungssteuersystems B verwendet.
Darüber hinaus umfasst das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B eine Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, die eine Normal-Streulichtintensität mit Bezug zu einem Laser Ausgangsbefehl (einem Laserausgangsbefehlswert) von der CNC 9 berechnet, eine erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23, die einen ersten Schwellenwerts einer Obergrenze der Streulichtintensität gemäß dem Laser Ausgangsbefehl von der CNC 9 einstellt, eine zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24, die einen zweiten Schwellenwert einer Untergrenze der Streulichtintensität gemäß dem Laserausgangsbefehlswert von der CNC 9 einstellt, eine dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25, die einen dritten Schwellenwert eines Alarmwerts der Streulichtintensität, der ein Niveau ist, dass in keinem Laserausgangswerts überschritten werden darf, einstellt, und eine Warneinheit 26, die eine Warnung ausgibt, wenn die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert überschreitet, geringer als der zweite Schwellenwert ist oder den dritten Schwellenwert erreicht.
Darüber hinaus umfasst das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B eine Laserausgabeunterdrückungseinheit 27, die eine maximale Laserausgabe auf eine Laserausgabe gezwungen drückt, die geringer als der Laserausgangswerts (ein maximaler Laserausgangsbefehlswert, und daneben eine Frequenz, ein Duty-Befehl (Aussteuerungsbefehl) und etwas Ähnliches umfassen kann) ist, von der CNC 9, um die Laserausgabe zu halten (zu klemmen), um den dritten Schwellenwert nicht zu überschreiten, wenn eine den ersten schwellenwertüberschreitende Streulichtintensität detektiert wird.
Die Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, die erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23, die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24, die dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25 und die Laserausgabeunterdrückungseinheit 27 können in der Steuereinheit 21 vorgesehen sein (in der vorliegenden Ausführungsform die CNC 9).
Wenn der Laseroszillator A durch das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform überwacht und gesteuert werden soll, wird das normale Streulicht des Laserausgangswerts der CNC 9 durch die Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22 und die Streulichtdetektionseinheit 20 der Fotodiode 10 beispielsweise automatisch gemessen und, wie in 2 dargestellt, wird ein normaler Indexwert (eine Standard Streulichtintensität) S1 einer normalen Beziehung zwischen dem Laserausgangswert und der Streulichtintensität berechnet.
Nachfolgend, wie in 2 (und 1) dargestellt, bestimmt die erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23 einen ersten Schwellenwert S2, der durch Addieren eines vorbestimmten Streulicht Werts (eines Streulichtintensitätswerts, der eine erste positive Konstante ist) zu dem normalen Indexwert S1 der normalen Beziehung zwischen dem Laserausgangswert und der Streulichtintensität, berechnet durch die Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, erhalten wird. Der erste Schwellenwert S2 ist ein Wert eines Niveaus, bei dem eine Verunreinigung oder ein Kratzer auf der Endoberfläche einer Faser oder eines Spiegels des Strahlteilers 8 vorhanden ist und eine Wartung wie beispielsweise eine Reinigung notwendig ist.
Die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24 bestimmt einen zweiten Schwellenwert S3, der durch Subtrahieren eines vorbestimmten Streulicht Werts (eines Streulichtintensitätswerts, der eine zweite positive Konstante ist) von dem normalen Indexwert S1, der die normale Beziehung zwischen dem Laserausgangswert und der Streulichtintensität, berechnet durch die Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, ist, erhalten wird. Der zweite Schwellenwert S3 ist ein Wert eines Niveaus, bei dem eine Ausrichtung aufgrund einer Optikachsenverschiebung notwendig ist.
Die dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25 bestimmt einen dritten Schwellenwert S4, der ein fester Wert ist, der aus einem Zerstörungs (Schadens) Niveau einer Komponente wie beispielsweise einer Endoberfläche einer optischen Faser durch korrigieren des Messwerts eines Normal-Streulichts berechnet wird. Der dritte Schwellenwert S4 ist ein Wert eines Niveaus, dass bei einer beliebigen Laserausgabe nicht überschritten werden darf und bei dem eine Faser oder etwas Ähnliches zerstört wird.
in dem Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform stellt die Steuereinheit 21 den normalen Indexwert S1 der Streulichtintensität und die Alarmschwellenwerte der ersten, zweiten und dritten Schwellenwerte S2, S3 und S4 gemäß dem Laserausgangswert von der CNC 9 während eines Versands, einer Wartung und eines Austauschs oder einer Herstellung des Laseroszillators A automatisch ein.
Auf diese Weise, durch Einstellen der drei Warnschwellenwerte des ersten, zweiten und dritten Schwellenwerts S2, S3 und S4, wenn die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert S1 in einem bestimmten Laserausgangsbefehlswert überschreitet, wird ein Alarm (Warnung) von der Warneinheit 26 ausgegeben, kann ein Anwender bestimmen, dass eine Verunreinigung oder ein Kratzer an einem Spiegel oder einer Endoberfläche einer Faser vorhanden ist, und kann erkennen, dass eine Reinigung oder etwas Ähnliches notwendig ist.
Das heißt, wenn eine Verunreinigung oder ein Kratzer an einem Spiegel und der einer Endoberfläche einer Faser vorhanden ist, wird eine den ersten Schwellenwert S2 überschreitende Streulichtintensität detektiert, bevor ein Laserstrahl mit der Nennleistung auf die Endoberfläche der Faser gestrahlt wird.
Diese Weise ist es in dem Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform, durch Einstellen des ersten Schwellenwerts S2 möglich, dass eine Zerstörung (Schaden) detektiert wird, bevor Staub oder etwas Ähnliches auf der Endoberfläche der Faser verbrennt und die Endoberfläche der Faser zerstört (beschädigt) wird, und eine Zerstörung einer Komponente aufgrund einer Verunreinigung oder etwas Ähnlichem verhindert wird.
In einer Stufe, bei der eine Streulichtintensität den ersten Schwellenwert S2 überschreitet, da das Risiko, dass die Komponente unmittelbar zerstört wird, gering ist, ist es möglich zuzulassen und einen Operator dazu aufzufordern, dass die Notwendigkeit zum Ausführen einer Ausrichtungseinstellung oder etwas Ähnliches ohne Anhalten mit einem Alarm erkannt wird und die Totzeit einer Laserbearbeitung reduziert wird.
Folglich, wenn der Detektionswerts der Streulichtintensität geringer als der zweite Schwellenwert S3 ist, eine Optikachsenverschiebung auftritt, die durch die Wareneinheit 26 gewarnt wird, und bestimmt werden kann, dass eine Ausrichtung notwendig ist. Wenn die Streulichtintensität geringer als der zweite Schwellenwert S3 ist, da Bestrahlungsposition eines Laserstrahls nicht klar ist, wird der Laseroszillator A unmittelbar mit einem Alarm angehalten.
Auf diese Weise ist es in dem Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform durch Einstellen des zweiten Schwellenwerts S3 möglich, dass eine Optikachsenverschiebung detektiert wird, bevor ein Laserstrahl mit der Nennleistung abgestrahlt wird und eine Bestrahlung eines Laserstrahls auf einen unerwarteten Abschnitt (Komponente) und ein Auftreten einer schweren Beschädigung verhindert wird.
Folglich, wenn der Detektionswerts der Streulichtintensität den dritten Schwellenwert S4 überschreitet, wird dies durch die Wareneinheit 26 gewarnt. Da der dritte Schwellenwert S4 ein Alarmniveau ist, dass nicht überschritten werden darf, wird der Laseroszillator A unmittelbar mit einem Alarm angehalten.
Hierbei umfasst das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform die Laserausgabeunterdrückungseinheit 27. Aufgrund dessen führt in einer Stufe, bei deren die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert S2 überschreitet, die Laserausgabeunterdrückungseinheit 27 eine Steuerung zum zwanghaften unterdrücken des Laserausgangswerts, der Frequenz, des Einschaltdauer Befehls und etwas Ähnliches, ausgegeben durch die CNC 9 (die Steuereinheit 21) zum Halten (Klemmen) der Laserausgabe nach Notwendigkeit ausgeführt, sodass die Streulichtintensität den dritten Schwellenwert S4 nicht überschreitet.
Das heißt, wie in 2 dargestellt wird in der vorliegenden Ausführungsformen der Beziehung zwischen dem Laserausgabe Befehlswert und der Streulichtintensität, wenn die Streulichtintensität auf ein Erreichen des ersten Schwellenwerts S2 gleich S (P_C 11) ist und der Laserausgabe Befehlswerts auf ein Erreichen des ersten Schwellenwerts S2 gleich P_CF ist, falls die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert S2 in einem bestimmten Laserausgangsbefehlswert überschreitet, ein maximal Laser Ausgangsbefehl auf P_CF × (dritter Schwellenwert)/S(P_CF) eingestellt und ein Klemmbefehlswert M1 des maximalen Laserausgangsbefehlswerts wird auf einen Klemmbefehlswert M2 erniedrigt.
Auf diese Weise, da das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform die Laserausgabeunterdrückungseinheit 27 umfasst, wird die Ausgabe des Laseroszillators A gesteuert, dass diese innerhalb des Klemmbefehlswert M2 liegt, und eine Laserbearbeitung sicher fortgeführt werden kann, während eine Zerstörung einer Komponente zuverlässig verhindert wird. Daher ist es möglich, dass eine unnötige Stoppsteuerung des Laseroszillators A vermieden wird und weiter die Totzeit einer Laserbearbeitung reduziert wird.
Hierbei wird, je kleiner die Laserausgabe und der Laserausgabe Befehlswert sind, desto kleiner eine Schwankung. Aufgrund dessen, wie in den 3 und 4 dargestellt, können der erste und der zweite Schwellenwert S2 und S3 als a x (Laserausgangswert) + b eingestellt werden. Das heißt, eine Standard Streulichtintensität (Standard Befehlswert) (S(P_C)) wird in einem Anfangszustand berechnet und der erste und der zweite Schwellenwert S2 und S3 können derart eingestellt werden, dass ΔSa(PC)=S(PC)+(a1×PC+b1), ΔSb(PC)=S(PC)-(a2×PC+b2), a1 und a> 0 und b1 und b2 ≥ 0.
Auf diese Weise, wenn der erste und der zweite Schwellenwert S2 und S3 eingestellt wird, wie in den 3 und 4 dargestellt, kann eine Überwachungsteuerung des Laseroszillators A durch Einstellen des ersten Schwellenwerts S2 durch Addieren eines bestimmten festen Betrags einer Streulichtintensität zu dem normal Indexwerts S1, dargestellt in 2, und Einstellen des zweiten Schwellenwerts S3 durch Subtrahieren eines bestimmten festen Betrags einer Streulichtintensität von dem normalen Indexwerts S1 ausgeführt werden.
Darüber hinaus, da, je kleiner die Laserausgabe auf der Laserausgangsbefehlswert) ist, desto kleiner eine Variable davon und eine Variable der Streulichtintensität wird, wie in 3 dargestellt, wird bevorzugt, dass der erste Schwellenwert S2 auf einen konstanten Wert in einem Bereich R eingestellt wird, bei dem die Laserausgabe (Laserleistung) klein ist. Durch Einstellen des ersten Schwellenwerts S2 auf einen konstanten Wert auf diese Weise wird es möglich zu verhindern, dass die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert S2 des Alarmschwellenwerts aufgrund eines Einflusses eines Rauschens übersteigt, und eine Überwachungsteuerung des Laseroszillators A geeigneter auszuführen.
Daher, gemäß dem Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform, doch Einstellen des ersten, des zweiten und des dritten Schwellenwerts S2, S3 und S4 und Ausführen einer Überwachung und einer Steuerung der Streulichtintensität ist es möglich eine Zerstörung von Komponenten zu verhindern, während ein geringerer Zustand unterschieden wird, bei dem eine Reinigung oder eine Ausrichtung notwendig ist, von einem ernsten Zustand, bei dem eine Zerstörung von Komponenten resultieren kann, um eine Totzeit so weit wie möglich zu vermeiden.
In dem Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B der vorliegenden Ausführungsform kann die CNC 9 (die Steuereinheit 21) eine Kalibration automatische während eines Versands und eines Austausches (einer Herstellung) von Einheiten ausführen.
Das heißt, da das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B die Steuereinheit 21, die Streulichtdetektionseinheit 20 (die Fotodiode 10), die Normal-Streulicht-Berechnungseinheit 22, die erste Schwellenwert-Einstelleinheit 23, die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit 24 und die dritte Schwellenwert-Einstelleinheit 25 umfasst, ist es möglich den normalen Indexwerts S1, den ersten Schwellenwert S2, den zweiten Schwellenwert S3 und den dritten Schwellenwert S4 gemäß einer Variationen Eigenschaften und einer sehr kleinen Veränderung in einer Anbringungspositionen der Fotodiode 10 der Streulichtdetektionseinheit 20 automatisch einzustellen. Daher ist es möglich eine Intensitätseinstellung und eine Kalibration effizient auszuführen, ohne dass viel Zeit und Aufwand notwendig ist, im Gegensatz zu der konventionellen Technologie.
Wenn der vorliegenden Ausführungsform, da die Fotodiode 10, die konventionell zum Ausführen einer Ausrichtung einer optischen Achse vorgesehen wurde, als die Streulichtdetektionseinheit 20 verwendet wird, ist es möglich das Laseroszillatorüberwachungssteuersystem B zu realisieren, dass ein überwachen und steuern mit einer hohen Genauigkeit ausführen kann und eine herausragende Wirtschaftlichkeit aufweist.
Während eine Ausführungsform des Laseroszillatorüberwachungssteuersystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, sondern kann geeignet verändert werden, ohne von dem Geist davon abzuweichen.
beispielsweise, wie in 2 dargestellt, kann in der Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität der dritte Schwellenwert S4 identisch zu dem ersten Schwellenwert S2 des maximalen Laser Nennleistung Befehlswerts (P_C) eingestellt werden. Darüber hinaus kann der Klemmbefehlswert M1 auf den maximalen Lasernennleistung-Befehlswert (P_C) eingestellt werden. Wenn die Werte auf diese Weise eingestellt werden, ist es möglich zu verhindern, dass die Streulichtintensität den dritten Schwellenwert überschreitet.
Bezugszeichenliste

1: Energieversorgung
2: Laserresonator (LC)
3: Zuführungsachse
4: Strahlkombinierer
5: Prozessfaser
6: Bearbeitungskopf
7: Koppler
8: Strahlteiler
9: CNC (computernumerische Steuereinheit)
10: Fotodiode (Streulichtdetektionseinheit)
11: Linse
12: Linse
20: Streulichtdetektionseinheit
21: Steuereinheit
22: Normal-Streulicht-Berechnungseinheit
23: erste Schwellenwert-Einstelleinheit
24: zweite Schwellenwert-Einstelleinheit
25: Dritte Schwellenwert-Einstelleinheit
26: Warneinheit
27: Laserausgabeunterdrückungseinheit
A: Laseroszillator (Faserlaser-Oszillator)
B: Laseroszillatorüberwachungssteuersystem
S1: normaler Indexwert
S2: erster Schwellenwert
S3: zweite Schwellenwert
S4: dritter Schwellenwert

Claims

Ein Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B), umfassend: eine Streulichtdetektionseinheit (20), die eine Streulichtintensität an einer Eingangsendoberfläche einer Prozessfaser (5) eines Faserlaseroszillators (A) detektiert; eine Steuereinheit (21), die einen Laserausgangswerts auf der Basis eines Laserausgangsbefehlswerts von einer computernumerischen Steuereinheit (9) und eines durch die Streulichtdetektionseinheit (20) erhaltenen Detektionsergebnisses steuert; eine Normal-Streulicht-Berechnungseinheit (22), die einen normalen Indexwert berechnet, der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem normalen Zustand angibt; eine erste Schwellenwert-Einstelleinheit (23), die eine ersten Schwellenwert einstellt, der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand angibt, der aus einer Verunreinigung und/oder einem Kratzer resultiert; eine zweite Schwellenwert-Einstelleinheit (24), die einen zweiten Schwellenwert einstellt, der eine Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand angibt, der aus einer Optikachsenverschiebung resultiert; und eine dritte Schwellenwert-Einstelleinheit (25), die einen dritten Schwellenwert einstellt, der die Streulichtintensität in einem unregelmäßigen Zustand eines Niveaus angibt, bei dem eine Komponente zerstört wird, wobei die Steuereinheit (21) einen Laserausgangswerts auf der Basis der durch die Streulichtdetektionseinheit (20) detektierten Streulichtintensität, des ersten Schwellenwerts, des zweiten Schwellenwerts und des dritten Schwellenwerts steuert.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß Anspruch 1, umfassend: eine Warneinheit, die eine Warnung ausgibt, wenn die den ersten schwellenwertüberschreitende Streulichtintensität detektiert wird, wenn die Streulichtintensität, die geringer als der zweite Schwellenwert ist, detektiert wird und wenn die den dritten Schwellenwert erreichende Streulichtintensität detektiert wird.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Schwellenwert-Einstelleinheit (23) den ersten Schwellenwert durch Addieren eines Streulichtintensitätswerts, der eine erste positive Konstante ist, zu der Streulichtintensität des normalen Indexwerts einstellt und die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit (24) den zweiten Schwellenwert durch Subtrahieren eines Streulichtintensitätswerts, der eine zweite positive Konstante ist, von der Streulichtintensität des normalen Indexwerts einstellt.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität, wenn die Streulichtintensität des normalen Indexwerts gleich S (P_C) ist, der Laserausgangsbefehlswert gleich P_C ist und a1, a2, b1 und b2 positive Konstanten sind, die erste Schwellenwert-Einstelleinheit (23) den ersten Schwellenwert als S (P_C) + (a1 × S (P_C) + b1) und die zweite Schwellenwert-Einstelleinheit (24) den zweiten Schwellenwert als S (P_C) - (a2 × (S(P_C) + b2) einstellt.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend: eine Laserausgabeunterdrückungseinheit (27), die einen Klemmbefehlswert M1 des maximalen Laserausgabebefehlswerts auf einen Klemmbefehlswert M2 erniedrigt, der als P_CF × (der dritte Schwellenwert)/S(P_CF) berechnet ist, mit einer Warnung, wenn die Streulichtintensität den ersten Schwellenwert überschreitet, wobei die Streulichtintensität auf ein Erreichen des ersten Schwellenwerts gleich S(P_CF) ist und der Laserausgangsbefehlswert auf einer reichen des ersten Schwellenwerts gleich P_CF ist, in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei in einer Beziehung zwischen dem Laserausgangsbefehlswert und der Streulichtintensität, der dritte Schwellenwert identisch zu dem ersten Schwellenwert bei einem maximalen Laser-Nennleistungsbefehlswert (P_CM) eingestellt ist.
Laseroszillatorüberwachungssteuersystem (B) gemäß Anspruch 5 oder 6, wobei der Klemmbefehlswert M1 auf einen maximalen Laser-Nennleistungsbefehlswert (P_CM) eingestellt ist.