DE102019216315B4

DE102019216315B4 - Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung und 3D Laserbearbeitungssystem

Info

Publication number: DE102019216315B4
Application number: DE102019216315.7A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Mochizuki; Hiroshi Takigawa
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2018-10-30
Filing date: 2019-10-23
Publication date: 2024-02-08
Anticipated expiration: 2039-10-24
Also published as: DE102019216315A1; CN111198538A; US20200130107A1; CN111198538B; US11167377B2; JP6795567B2; JP2020069492A

Abstract

Eine Bearbeitungsbedingungs-Einstellvorrichtung (4), umfassend: eine Bewegungszustandssimulationseinheit (16), die einen Bewegungszustand eines Bearbeitungskopfs (9) simuliert, der zumindest eine relative Position enthält, oder einen Zustand einer zeitlichen Veränderung in einer Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs (9) relativ zu einem Werkstück (8), unter Verwendung von 3D CAD Daten über das Werkstück (8), die eine Materialinformation enthalten, die thermo-physikalische Eigenschaften bestimmt, umfassend zumindest eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und eine Dichte, und 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf (9), die eine Information zumindest einer äußeren Form des Bearbeitungskopfs (9) und über eine relative Position der optischen Achse eines von dem Bearbeitungskopf (9) ausgegebenen Laserstrahls relativ zu der äußeren Form des Bearbeitungskopfs (9), enthalten, mit einem Schneidepunkt einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks (8), bestimmt durch die 3D CAD Daten über das Werkstück (8) und die optische Achse des Bearbeitungskopfs (9), der als ein Bearbeitungspunkt in einem virtuellen Raum bestimmt ist, wobei die Simulation bei einer Bedingung zum Bewegen des Bearbeitungskopfs (9) relativ zu dem Werkstück (8) entlang einer Bearbeitungslinie ausgeführt wird, die als ein Pfad des Bearbeitungspunkts eingestellt ist, bestimmt, wenn der Bearbeitungskopf (9) relativ zu dem Werkstück (8) in dem virtuellen Raum verschoben wird, während die optische Achse des Bearbeitungskopfs (9) bei einem vorbestimmten Winkel von jeweils einer Normalen-Vertikalen zu der Bearbeitungsoberfläche, auf der der Bearbeitungspunkt durch die Bearbeitungslinie hindurchtritt, und während ein Abstand zwischen einer Endoberfläche des Bearbeitungskopfs (9) auf einer Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt bei einem vorbestimmten Abstand gehalten wird;eine Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17), die eine nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausführt, zum Erhalten einer Temperaturverteilung in einem Bereich, der zumindest einen Teil des Werkstücks (8) abdeckt, der durch die Bewegung des einen Laserstrahl ausgebenden Bearbeitungskopfs (9) zu verändern ist; undeine Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18), die eine Laserbearbeitungsbedingung vorab einstellt, die zumindest eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf (9) und eine Laserstrahlausgabebedingung enthält, vor einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung, auf der Basis von Simulationsergebnissen, die durch die Bewegungszustandssimulationseinheit (16) und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) erhalten sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung und ein 3D Laserbearbeitungssystem. Insbesondere bezüglich einem Laserbearbeitungssystem zum Ausführen einer Bearbeitung wie beispielsweise ein Schweißen oder Schneiden an einem Bearbeitungsziel (Werkstück) mit einer 3D Form betrifft die vorliegende Erfindung eine Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung, die eine Laserbearbeitungsbedingung einstellt, vor einer eine Relativbewegungsbedingung enthaltenden Laserbearbeitung, für einen Bearbeitungskopf, relativ zu dem Werkstück und zumindest eine Laserstrahlausgabebedingung, die mit der Relativbewegung des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück verbunden ist, und ein 3D Laserbearbeitungssystem, das die Laserbearbeitung auf der Basis der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausführt.
Stand der Technik
Zum Umsetzen einer Laserbearbeitung an einem Werkstück mit einer 3D Form ist es notwendig, das die Spitze eines mit einer Roboterhand gegriffenen Bearbeitungskopfs beispielsweise bei einem vorbestimmten Abstand (Spalt) von einer Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks gehalten wird und das die Achse des Bearbeitungskopfs bei einem vorbestimmten Winkel durch Verändern der Stellung des Bearbeitungskopfs gehalten wird. Ein ursprünglich zum Umsetzen einer solchen Laserbearbeitung verwendetes Verfahren beschreibt ein Ausführen einer tatsächlichen Verschiebung des Bearbeitungskopfs beispielsweise. Allerdings erfordert dieses Verfahren einen großen Einsatz von Arbeitskraft bei einer Bedingungseinstellung. In Reaktion darauf wurde eine Bewegungssimulation unter Verwendung von CAD Daten um das Werkstück oder eine Laserbearbeitungsmaschine ausgeführt, um ein Bewegungsprogramm einzustellen.
Für eine Laserbearbeitung an dem Werkstück mit einer 3D Form verändert sich allerdings eine Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück in verschiedenen Weisen, die eine Veränderung in der Stellung des Bearbeitungskopfs umfassen, und eine Bewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkts auf der Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks verändert sich ebenso in verschiedenen weisen. Es ist klar, dass ohne ein Verändern einer Laserstrahlausgabe usw. bei einer Verbindungsbeziehung zwischen einer Veränderung in der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts und der Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks in einem Fehlschlag resultiert, ein geeignetes Bearbeitungsergebnis zu erzielen. Zusätzlich wird bezüglich dem Werkstück mit einer 3D Form das Werkstück ebenso in einer Dicke usw. derart verändert, dass dies von dem Bearbeitungspunkt abhängt. Und zwar wird in einem dicken Abschnitt des Werkstücks ein Laserbearbeitung Ergebnis durch eine Wärmeeigenschaftsbedingung beeinflusst, dass eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt für eine Abnahme anfällig ist, aus dem Grund, dass eine Wärmeleitung des Werkstücks selbst eine Diffusion und eine Abstrahlung von Wärme verursacht, die durch die Laserstrahlbestrahlung eingegeben wird. Dies macht es schwierig eine geeignete Laserbearbeitungsbedingung zu erhalten, die eine Laserstrahlausgabe umfasst, durch Berücksichtigen der Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück und der Wärmeeigenschaftsbedingung wie beispielsweise der Dicke des Werkstücks oder die Wärmeleitfähigkeit des Werkstücks beispielsweise. Dies führte dazu, dass es notwendig war Bearbeitungsdaten zu sammeln, die aus mehreren Umsetzungen einer Versuchsbearbeitung resultieren, vor einer tatsächlichen Bearbeitung, das ein Problem verursacht, dass eine Laserbearbeitung nicht effizient ausgeführt werden kann, insbesondere an in einer großen Vielfalt in geringen Mengen zu erzeugenden Werkstücken.
Verschiedene Arten von konventionellen Techniken wurden bereits beschrieben, mit Bezug zu einem 3D Laserbearbeitungssystem für eine Laserbearbeitung an einem Werkstück mit einer 3D Form. Beispielsweise beschreibt Patentdokument 1 ein normales Detektionsverfahren, das in einer mit einem Abstandssteuermittel vorgesehenen 3D Laserbearbeitungsmaschine umgesetzt wird. In dieser 3D Laserbearbeitungsmaschine ist eine Düse an der Spitze eines Bearbeitungskopfs vorgesehen, der in einem rechteckigen Koordinatensystem mit einer X-Achse, eine y-Achse und einer Z-Achse und einer α Stellungsachse und einer β Stellungsachse derart gesteuert wird, das diese in einer optischen Achsenrichtung beweglich ist. Das Abstandssteuermittel verwendet einen Abstandssensor zum Detektieren eines Abstandsbetrags zwischen der Spitze der Düse und einem Werkstück, um den Abstandsbetrag dauerhaft einzuhalten. Gemäß diesem normalen Detektionsverfahren wird die Position der Düsenspitze des Bearbeitungskopfs bestimmt, sodass diese in einer im Wesentlichen normalen Richtung zu einem Lernpunkt auf einer Werkstückoberfläche gerichtet ist, und drei die Lernpunkt umgebende Punkte in der Umgebung des Lernpunkt auf der Basis von X, Y und Z Koordinatendaten und α und β Stellungsdaten berechnet werden, die zum Zeitpunkt der Positionierung erhalten sind. Dann wird der Bearbeitungskopf durch die 3 Punkte sequenziell gefahren. Bei einer Position, bei der ein Abstand zwischen der Düse und dem Werkstück dauerhaft zum Zeitpunkt der Bewegung beibehalten wird, die Koordinaten der drei Punkte auf der Werkstückoberfläche in der Umgebung des Lernpunkt detektiert werden, ein Normalenvektor zu einer Ebene, die aus diesen drei Punkten gebildet ist, erhalten wird, Stellungsdaten um den Bearbeitungskopf derart berechnet werden, das die Stellung der Düse mit dem Normalenvektor übereinstimmt, und die Stellung des Bearbeitungskopfs bei dem Lernpunkt auf der Basis der berechneten Stellungsdaten gesteuert wird
Patentdokument 2 beschreibt ein in einer YAG Laserbearbeitungsmaschine umgesetztes Lernverfahren vor einer Umsetzung einer 3D Laserbearbeitung an einem Werkstück mittels einem Laserbearbeitungskopfs, der in drei die Richtungen relativ beweglich ist, und dazu geeignet ist, in einer beabsichtigten Schweißstellung platziert zu werden. In diesem Lernverfahren für die YAG Laserbearbeitungsmaschine nimmt ein Abbildungsmittel, das bei dem Laserbearbeitungskopfs vorgesehen ist, Bilder des Werkstücks in zumindest einer X-Achsenrichtung, eine Y-Achsenrichtung und/oder einer Z-Achsenrichtung auf, wird eine 3D Figur des Werkstücks erzeugt, werden grobe Lernpunkte und eine Schweißstellung in die 3D Figur eingegeben, wird als ein Master JOB aus der 3D Figur und der Schweißstellung erzeugt und wird ein Kompensation JOB zum Kompensieren des Master JOB mittels Detaildaten bei jedem der Lernpunkte erzeugt.
Patentdokument 3 beschreibt ein Lernverfahren für eine 3D Laserbearbeitungsmaschine, bei der ein Detektionskopf bei einer Z-Achsenspalte vorgesehen ist, die in einer X-Achsenrichtung, eine Y-Achsenrichtung und einer Z-Achsenrichtung beweglich ist, die senkrecht zueinander sind, ausgebildet ist, sodass diese um eine A-Achse, die parallel zu der Z-Achse ist, rotierbar ist und um eine B-Achse, die senkrecht zu der A-Achse ist, rotierbar ist, und der Detektionskopf eine Vielzahl von positionsempfindlichen Sensoren umfasst, die symmetrisch an einer Lichtempfangszelle Ebene zum empfangen eines reflektierten Strahls eines Laserstrahls angeordnet sind, die durch die Achse des Detektionskopfs hindurchgetreten sind und auf einem Werkstück angelegt sind. In diesem Lernverfahren für die 3D Laserbearbeitungsmaschine werden ein X-Achsen Lernpunkt und ein Y-Achsen Lernpunkt basierend auf X-Achsendaten und Y-Achsendaten aus CAD Daten bestimmt und wird der Detektionskopf zu diesen Lernpunkten verschoben. Die positionsempfindlichen Sensoren detektieren einen reflektierten Strahl eines Lasers, der durch die Achse des Detektionskopfs hindurchgetreten ist und auf das Werkstück bei den Lernpunkten angelegt wurde. Auf der Basis von durch diese positionsempfindlichen Sensoren detektierten Detektionswerten werden ein Abstand zwischen dem Werkstück und dem Detektionskopf und eine Neigung des Detektionskopfs von einer Oberfläche des Werkstücks berechnet. Koordinaten Daten um jeweils die Z, A und B Achsen werden durch Steuern der Stellung des Detektionskopfs berechnet, sodass der berechnete Abstand und Neigung mit zugehörigen vorab eingestellten optimalen Einstellwerten übereinstimmen. Auf der Basis der X-Achsendaten und der Y-Achsendaten bei den Lernpunkten und den berechneten Z-Achsendaten, da Achsendaten und B Achsendaten wird ein Bearbeitungsprogramm für einen Bearbeitungspfad erzeugt.
Patentdokument 4 beschreibt ein offline Lernverfahren für eine 3D Laserbearbeitungsmaschine, die in einem System verwendet wird, das umfasst: die 3D Laserbearbeitungsmaschine; ein CAD System, das Daten korrespondierend zu einem Werkstück sammelt, die Daten auf einer grafischen Anzeige anzeigt und eine Simulation der Bewegungen der 3D Laserbearbeitungsmaschine und des Werkstücks mittels einem bereits erzeugten Bewegungsprogramm ausführt, Mittel zum Umwandeln des durch das CAD System erzeugten Bewegungsprogramms in ein Programm, das eine Grammatik in einer beabsichtigten NC Sprache folgt; und Mittel zum Kompensieren für eine Abweichung zwischen Position und Stellungsdaten um das Werkstück an dem CAD System und einer tatsächlichen Position und Stellung des Werkstücks. Gemäß diesem Verfahren werden Bogen förmige Bewegungsdaten zum reibungslosen bewegen des Fokuspunkts eines Laserstrahls auf der Basis von Information über das Werkstück an dem CAD System erzeugt.
Patentdokument 5 beschreibt ein Metallbogen-Arbeit-Integration-Assistenzsystem, das kein 3D Laserbearbeitungssystem ist. Dieses Metallbogen-Arbeit-Integration-Assistenzsystem dient zur Verwaltung von Metallbogen-Arbeit-Information-umfassender-Arbeitsinformation als Daten zum Steuern eines Bearbeitungswerkzeugs und Arbeitsassistenzinformation betreffend die Bearbeitungsinformation. Gemäß diesem Metallbogen-Arbeit-Integration-Assistenzsystem werden tatsächliche Arbeitszeitinformationen über eine tatsächliche Bearbeitung durch eine Bearbeitungsseite und/oder besondere Attributinformationen als eine Basis für die tatsächliche Arbeitszeitinformationen gesammelt und werden die gesammelte tatsächliche Arbeitszeitinformationen und besondere Arbeitsinformation zu der Metallbogen-Arbeitsinformation zurückgegeben.
Patentdokument 6 beschreibt ein Laserbearbeitung Verfahren zum Ausführen einer Bearbeitung in einem Werkstück mit einer 3D Form durch Anwenden eines Laserstrahls entlang der Bewegung eines Roboters. Entsprechend diesem Verfahren wird eine Fahrtgeschwindigkeit des Reporters bei einer Bearbeitungsposition an dem Werkstück vorab in Echtzeit gemessen und eine Ausgabe des Laserstrahls wird derart gesteuert, sodass die Laser Fahrtgeschwindigkeit damit übereinstimmt. Patentdokument 6 beschreibt weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Harzstruktur als ein bestimmtes Verfahren zum Steuern der Ausgabe des Laserstrahls. Gemäß diesem Verfahren wird der Laserstrahl entlang einem Bearbeitungspfad angewendet, der auf einer Oberfläche der Harzstruktur eingestellt ist, um die Harzstruktur teilweise zu schmelzen, und die Harzstruktur wird danach erneut ausgeheilt. Die Ausgabe des Laserstrahls wird im Verhältnis zu der Fahrtgeschwindigkeit des Laserstrahls entlang dem Bestrahlungspfad gesteuert.
Weitere Bearbeitungsbedingungs-Einstellvorrichtungen sind aus den Patentdokumenten 7-10 bekannt.

Patentdokument 1: JP H08 - 300171 A
Patentdokument 2: JP 2000 - 117 466 A
Patentdokument 3: JP H02- 104490 A
Patentdokument 4: JP H05- 80831 A
Patentdokument 5: JP 2001 - 219 341 A
Patentdokument 6: JP 2005 - 329 436 A
Patentdokument 7: DE 10 2017 105 224 A1
Patentdokument 8: DE 10 2017 206 074 A1
Patentdokument 9: US 5 552 575 A
Patentdokument 10: JP H05- 80 831 A

Zusammenfassung der Erfindung
Allerdings weisen die in Patentdokumenten 1 bis 6 beschriebenen Techniken die nachstehenden Probleme auf. Gemäß den Patentdokument 1 beschriebenen Technik, wird eine Lehre gegeben, wären der Bearbeitungskopf tatsächlich bewegt wird, durch Bestimmen der Position der Düsenspitze des Bearbeitungskopfs derart, dass die Düsenspitze in einer im Wesentlichen Normalenrichtung zu einem Lernpunkt auf der Werkstückoberfläche beispielsweise gerichtet ist. Somit verursacht dies ein Problem darin, das ein großer Arbeitsaufwand für die Lehre notwendig ist.
Gemäß den Patentdokument 2 beschriebenen Technik wird der Master JOB mittels der 3D Figur des Werkstücks erzeugt, die durch Abbilden durch Abbildungsmittel erhalten ist. Indessen wird der Master JOB mittels detaillierten Daten bei jedem Lernpunkt kompensiert. Dies verursacht ebenso ein Problem, dass eine große Arbeitsleistung für die Lehre notwendig ist.
Den Patentdokument 3 beschriebene Technik verwendet die CAD Daten allerdings werden die CAD Daten lediglich zum Bestimmen eines Lernpunkt verwendet. Gemäß dieser Technik wird der Detektionskopf zu dem Lernpunkt verschoben und die positionsempfindlichen Sensoren detektieren einen reflektierten Strahl eines Laserstrahls, der durch die Achse des Detektionskopfs hindurchgetreten ist und auf das Werkstück angelegt war. Dann werden ein Abstand zwischen dem Werkstück und dem Detektionskopf und einen Neigung des Detektionskopfs von der Werkstückoberfläche berechnet, um das Bearbeitungsprogramm für den Bearbeitungspfad zu erzeugen. Somit verursacht dieser Technik ebenso ein Problem, das eine Menge an Arbeitsleistung für die Lehre notwendig ist.
Gemäß den Patentdokument 4 beschriebenen Technik wird eine Simulation der Bewegung der 3D Laserbearbeitungsmaschine und des Arbeitsziels durch das CAD System ausgeführt. Weiter wird eine Abweichung zwischen Position und Stellungsdaten um das Arbeitsziel auf dem CAD System und einer tatsächlichen Position und Stellung des Arbeitsziels kompensiert. Es wird angenommen, dass diese Technik eine Reduktion in einer für die Lehre benötigten Zeit ermöglicht. Allerdings beinhaltet diese Technik keine Thermo-Fluid-Simulation usw., sodass ein Einstellen einer Laserstrahlausgabe usw. ein Versuch-und-Irrtum-Verfahren geeignet erfordert. Somit weist diese Technik immer noch ein Problem darin auf, das eine große Arbeitsleistung beim Einstellen einer Laserbearbeitungsbedingung vollständig notwendig ist.
Den Patentdokument 5 beschriebene Technik beschreibt eine Bearbeitungssimulation. Allerdings ist diese Technik für eine Bogen Metallbearbeitung gedacht, die hauptsächlich ein Biegen betrifft. Weiter weist eine als eine Vorbereitungsbearbeitung beschriebene Laserbearbeitung nicht das Problem auf, das eine Wärmeabstrahlung Eigenschaft durch das verändern in der Dicke des Werkstücks usw. in Abhängigkeit von einem Bearbeitungspunkt verändert wird. Somit fehlt eine Thermo-Fluid-Simulation bei der Beschreibung der Bearbeitungssimulation. Aus diesem Grund fehlt Patentdokument 5 eine Lösung für das vorstehende Problem, das in dem 3D Laserbearbeitungssystem auftritt, das es schwierig ist, eine geeignete Laserbearbeitungsbedingung zu erhalten, die eine Laserstrahlausgabe enthält, durch berücksichtigen der Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück und der Wärmeeigenschaftsbedingung wie beispielsweise die Dicke des Werkstücks beispielsweise umfasst.
Wie oben beschrieben, sollte den Patentdokument 6 beschriebene Technik ein Einstellen einer Laserstrahlausgabe unter Berücksichtigung einer Wärmeeigenschaftsbedingungen wie beispielsweise der Dicke des Werkstücks beispielsweise umfassen. Lediglich ein Steuern der Ausgabe des Laserstrahls in Relation zu der Fahrtgeschwindigkeit des Laserstrahls ist zum Erhalten eines geeigneten Bearbeitungsergebnisses unzureichend.
Wie oben beschrieben, ist es für eine 3D Laserbearbeitung wie beispielsweise ein Schweißen oder Schneiden eines Werkstücks mit einer 3D Form wünschenswert, eine Bearbeitungsbedingung auszuwählen, bei der ein Bearbeitungspunkt als ein Bestrahlung. Eines Laserstrahls auf einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks bei einer so hohen Geschwindigkeit wie möglich verschoben wird, um eine Bearbeitungsdauer zu verkürzen, innerhalb eines Bedingungsbereichs, der eine Umsetzung der Laserbearbeitung geeignet zulässt. Indessen muss eine Haltung einer Bewegung Leitungstyps und eine Richtung einer Bewegung des Bearbeitungskopfs relativ zu einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks unverändert bleibt. Eine sich schnell verändernde Haltung der Bewegung oder Richtung der Bewegung des Bearbeitungskopfs erfordert unausweichlich eine Reduktion in einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs. Dies verursacht eine nicht konstante Bewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkt auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks, sodass eine Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts unvermeidlich wird. Die Veränderungen der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks verursacht eine Veränderung in einer Laserstrahlausgabe beispielsweise zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses. Weiter, selbst wenn ein Bearbeitungspunkt mit derselben Laserstrahlleistung bestrahlt wird, verändert eine Änderung in der Dicke des Werkstücks eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, was aus der Wärmeleitung des Werkstücks selbst beispielsweise resultiert. Dies verursacht ebenso eine Änderung in einer Laserstrahlausgabe beispielsweise zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses.
Ein Abstand zwischen einer Werkstückoberfläche und einem Bearbeitungskopf oder die Stellung des Bearbeitungskopfs relativ zu der Werkstückoberfläche kann durch detektieren der Positionen der Werkstückoberfläche und des Bearbeitungskopfs relativ zueinander mittels einem Abstandssensoren und ein zurückführen eines Ergebnisses der Detektion gesteuert werden. Weiter kann eine Laserstrahlausgabe durch detektieren einer Temperatur bei einem Bearbeitungspunkt unter Verwendung eines Infrarotsensors beispielsweise und zurückführen eines Ergebnisses der Detektion gesteuert werden. Falls der Bearbeitungspunkt sich mit einer hohen Geschwindigkeit auf einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks bewegt und falls die Bewegungsgeschwindigkeit sich verändert, veranlasst die normale Rückkopplungssteuerung allerdings ein Problem darin, das ein erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses scheitert, aufgrund des Auftretens einer Verzögerung in der Steuerung.
In Anbetracht der oben stehenden Situation ist die vorliegende Erfindung dazu gedacht, eine Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung und ein 3D Laserbearbeitungssystem bereitzustellen, die zum Einstellen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung geeignet sind, die eine Laserstrahlausgabebedingung umfasst, durch berücksichtigen einer Bewegungsbedingung für einen Bearbeitungskopfs zum Verschieben, relativ zu einem Werkstück mit einer 3D Form, während der Bearbeitungskopf bei einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks gehalten wird, ein Ändern in einer Bewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkt auf einer Werkstückoberfläche, die mit einer Geschwindigkeitsveränderung einhergeht, die während der Bewegung des Bearbeitungskopfs auftritt, und ein Ändern in einer Bearbeitungsbedingung zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses, das zu verändern ist, durch eine Veränderung in einer Wärmeeigenschaftsbedingung für den Bearbeitungspunkt wie beispielsweise die Dicke des Werkstücks, was mit einer Bewegung des Bearbeitungspunkts einhergeht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Bearbeitungskopf-Bewegungssimulation und einen nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausgeführt. In der Bearbeitungskopf-Bewegungssimulation, mittels 3D CAD Daten um ein Werkstück, die thermo-physikalische Eigenschaften wie beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und Dichte bestimmen, und 3D CAD Daten um die äußere Form eines Bearbeitungskopfs, wobei der Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück entlang einer Bearbeitungslinie verschoben wird, die durch die 3D CAD Daten eingestellt ist, um das Werkstück, während der Bearbeitungskopf einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks gehalten wird. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation wird zum Berechnen einer Veränderung in einer Temperaturverteilung in einem das Werkstück abdeckenden Bereich ausgeführt, der mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs verbunden ist. Auf der Basis von Ergebnissen dieser Simulationen wird eine Sequenz von Zeit-Serien-Laserbearbeitungsbedingung in vor einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung eingestellt.
Um das vorstehende Problem zu lösen, weist die folgende Erfindung die nachstehenden Mittel auf.

(1) Eine Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung (beispielsweise eine später beschriebene Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4), umfassend: eine Bewegungszustandssimulationseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Bewegungszustandssimulationseinheit 16), die einen Bewegungszustand eines Bearbeitungskopfs (beispielsweise einen später beschriebenen Bearbeitungskopf 9) simuliert, umfassend zumindest eine Relativposition oder einen Zustand einer zeitlichen Änderung in einer Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs relativ zu einem Werkstück (beispielsweise ein später beschriebenes Werkstück 8) mittels 3D CAD Daten um das Werkstück, umfassend Materialinformation, die thermo-physikalische Eigenschaften bestimmt, ob umfassend zumindest eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und Dichte, und 3D CAD Daten um den Bearbeitungskopf, umfassend eine Information zumindest über eine äußere Form des Bearbeitungskopfs und über eine Relativposition der optischen Achse eines von dem Bearbeitungskopf ausgegebenen Laserstrahls relativ zu der äußeren Form des Bearbeitungskopfs, wobei ein Kreuzungspunkt einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks, bestimmt durch die 3D CAD Daten über das Werkstück, und der optischen Achse des Bearbeitungskopfs als ein Bearbeitungspunkt in einem virtuellen Raum bestimmt ist, wobei die Simulation unter einer Bedingung einer Verschiebung des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück entlang einer Bearbeitungslinie ausgeführt wird, die als ein Pfad des Bearbeitungspunkts eingestellt ist, der bestimmt ist, wenn der Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück in dem virtuellen Raum verschoben wird, während die optische Achse des Bearbeitungskopfs bei einem vorbestimmten Winkel von jeweils einer Normalen-Vertikalen zu der Bearbeitungsoberfläche, auf der der Bearbeitungspunkt hindurch läuft, und der Bearbeitungslinie beibehalten wird, und während ein Abstand zwischen einer Endoberfläche des Bearbeitungskopfs auf einer Laserstrahl Ausgabeseite und der Bearbeitungspunkt bei einem vorbestimmten Abstand gehalten wird; eine Thermo-Fluid-Simulationseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17), die eine nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausführt, zum Erhalten einer Temperaturverteilung in einem zumindest einen Teil des Werkstücks abdeckenden Bereich, der durch die Verschiebung des einen Laserstrahl ausgebenden Bearbeitungskopf zu verändern ist; und eine Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (beispielsweise eine später beschriebene Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18), die eine Laserbearbeitungsbedingung vorab einstellt, die zumindest eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf und eine Laserstrahlausgabebedingung umfasst, vor einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung, auf der Basis von durch die Bewegungszustandssimulationseinheit und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit erhaltenen Simulationsergebnissen.

In der in (1) beschriebenen vorstehenden Konfiguration kann die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung vorgesehen sein, um zum Einstellen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung geeignet zu sein, die eine Laserstrahlausgabebedingung umfasst, durch berücksichtigen einer Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf zum Verschieben relativ zu dem Werkstück mit einer 3D Form, während der Bearbeitungskopf bei einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von der Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks gehalten wird, einer Veränderung in einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts auf einer Werkstückoberfläche, die mit einer Geschwindigkeitsänderung einhergeht, die während der Verschiebung des Bearbeitungskopfs auftritt, und einer Veränderung in einer Bearbeitungsbedingung zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses, die durch eine Veränderung in einer Wärmeeigenschaftsbedingung für den Bearbeitungspunkt wie beispielsweise der Dicke des Werkstücks zu verändern ist, die mit einer Verschiebung des Bearbeitungspunkts einhergeht. Insbesondere kann auf der Basis der CAD Daten, die eine Materialinformation umfassen, die physikalische Eigenschaften bestimmen, sowohl eine Bearbeitungskopf Bewegungsbedingung, umfassend eine Geschwindigkeitsänderung in der Position und Stellung des Bearbeitungskopfs, als auch eine Laserbearbeitungsbedingung, umfassend eine Laserausgabe Bedingung, vorab automatisch eingestellt werden, was es ermöglicht, dass das Auftreten eines fehlerhaften Teils einer Bearbeitung vermieden wird, aufgrund einer Steuerverzögerungen, die in einer Rückkopplungssteuerung auftritt. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation muss bei sich verändernden Laserausgabe Bedingungen usw. wiederholt ausgeführt werden, um ein gewünschtes nichtstationäres thermisches Fluid-Simulationsergebnis zu erzielen, sodass die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation im Allgemeinen zeitaufwendig ist. Diesbezüglich kann eine Einstellung vorab automatisch ohne eine menschliche Intervention ausgeführt werden, wodurch keine Arbeitskraft benötigt wird.
(2) Ein 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung (ein später beschrieben 3D Laserbearbeitungssystem 1, 100, 200, 300, 400, 500) umfasst: die in (1) beschriebene Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4); eine Laservorrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Laservorrichtung 2), umfassend zumindest einen Laseroszillator (beispielsweise einen später beschriebenen Laseroszillator 5) eine Energieversorgungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Energieversorgungseinheit 6), die den Laseroszillator mit Leistung für eine Laseroszillation versorgt, ein Laseroptiksystem (beispielsweise ein später beschriebenes Laseroptiksystem 10) zur Weitergabe einer Laserstrahlausgabe von dem Laseroszillator an den Bearbeitungskopf, zumindest ein Fotodetektionseinheit wird (beispielsweise ein später beschriebenes Fotodetektionsmittel 11), das zum Detektieren von zumindest einem Laserausgabe Strom von dem Laseroszillator, weitergegeben in dem Laseroptiksystem, und/oder einen Rückstrahl, weitergegeben in dem Laseroptiksystem in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Laserausgabe Strahlen, detektieren kann, und eine Steuereinheit (beispielsweise eine später beschriebene Steuereinheit 12), die Ausgangssignale von zumindest der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit und/oder dem Fotodetektionseinheit Mittel empfängt und ein Steuersignal ausgibt, das zumindest einen Leistungsausgabebefehl enthält, an die Energieversorgungseinheit; und eine Betriebseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Betriebseinheit 3), die das Steuersignal von der Steuereinheit empfängt und den Bearbeitungskopf relativ zu dem Werkstück verschiebt.
In der vorstehenden (2) beschriebenen Konfiguration kann das 3D Laserbearbeitungssystem vorgesehen sein, zum Einstellen von einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung geeignet zu sein, die einen Laserstrahlausgabebedingung umfasst, durch berücksichtigen einer Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf zum Verschieben relativ zu dem Werkstück mit einer 3D Form, während der Bearbeitungskopf bei dem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von der Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks gehalten wird, einer Veränderung in einer Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts auf einer Werkstückoberfläche, die mit einer Geschwindigkeitsveränderung einhergeht, die während der Verschiebung des Bearbeitungskopfs auftritt, und eine Veränderung in einer Bearbeitungsbedingung zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses, das durch eine Veränderung in einem Wärmepunkt oder einer Temperatur bei dem Werkstück in der Umgebung der Scheidungspunkt zu verändern ist, das bei der Temperatur in der Nähe einer beabsichtigten Temperatur zu halten ist, durch Verändern der vorab durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit eingestellten Laserbearbeitungsbedingung, zumindest zeitweise, und ein verändern der Laserbearbeitungsbedingung, umfassen sowohl die Laserstrahlausgabebedingung als auch die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück.
In der in (2) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem zumindest ein Fotodetektionsmittel umfassen, das zum Detektieren des Rückstrahls geeignet ist. Falls die Steuereinheit bestimmt, dass die Quantität des Rückstrahls reduziert werden muss, auf der Basis eines Detektionsergebnisses des Rückstrahls, erhalten durch das Fotodetektionsmittel, die Steuereinheit das Steuersignal an die Energieversorgungseinheit und die Betriebseinheit ausgibt, um eine Bedingung zu erfüllen, die erlaubt, das eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Temperatur bei dem Werkstück in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer Temperatur nahe einer geplanten Temperatur beibehalten wird, durch Verändern der vorab durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit eingestellten Laserbearbeitungsbedingung zumindest zeitweise und Verändern der Laserbearbeitungsbedingung, die sowohl die Laserstrahlausgabebedingung als auch die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück enthält.
In der vorstehenden (3) beschriebenen Konfiguration kann durch Verwenden eines Verfahrens wie beispielsweise einer Veränderung einer Laserstrahlausgabe und gleichzeitig ein verändern der Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs, um eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer Temperatur zu halten, die nahe der gewünschten Temperatur ist, die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines fehlerhaften Abschnitts reduziert werden, während ein Schaden an dem Laseroptiksystem oder dem Laseroszillator aufgrund des Rückstrahls verhindert wird.
(4) In dem in (2) oder (3) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem weiter ein Entfernungsmessmittel (beispielsweise ein später beschriebenes Entfernungsmessmittel 25) umfassen, das zum Messen eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt geeignet ist. Auf der Basis eines durch das Entfernungsmessmittel erhaltenen Messergebnisses während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung kann die Steuerung eine Funktion zum Kompensieren von zumindest der Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf der Laserbearbeitungsbedingung erfüllen, die vorab auf der Basis eines Ergebnisses der Bearbeitungskopf Bewegungssimulation eingestellt ist.
In der in (4) beschriebenen Konfiguration kann eine Abweichung eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs auf der Seite der Laserstrahlausgabe und des Bearbeitungspunkts von einem vorbestimmten Abstand kompensiert werden, das durch eine leichte Differenz zwischen den 3D CAD Daten über das Werkstück und einer tatsächlichen Form oder einer tatsächlichen Position des Werkstücks verursacht ist, resultierend aus der Formgenauigkeit des Werkstücks, der Genauigkeit beim halten des Werkstücks, einer thermischen Deformation des Werkstücks usw., während einer Umsetzung einer Laserbearbeitung bei der vorab eingestellten Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf. Ein Ziel der Kompensation ist eine leichte Differenz, sodass ein fehlerhafter Abschnitt aufgrund einer Verzögerung in der Kompensation nicht verursacht wird.
(5) In den in einem von (2) bis (4) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem weiter einen Temperaturdetektionsmittel (beispielsweise ein später beschriebenes Temperaturdetektionsmittel 26) umfassen, das zum Detektieren bei zumindest einer Temperatur des während einer Laserbearbeitung entlang der Bearbeitungslinie verschobenen Bearbeitungspunkt und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist. Falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer durch das Temperaturdetektionsmittel bei einem bestimmten. In einer Laserbearbeitung an dem Werkstück detektierten Detektionstemperatur, die bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt ist, und einer Vorhersagetemperatur, die bei einer Position eines zu den bestimmten Zeitpunkt gehörigen Zeitpunkts vorhergesagt ist, der in dem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis umfasst ist, kann die Steuerung eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz erfüllen. Die Laservorrichtung kann eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführen.
In der in (5) beschriebenen vorstehenden Konfiguration, während eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts von einer gewünschten Temperatur bei der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung aufgrund eines Fehlers in der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation beispielsweise abweicht, kann eine solche Temperaturabweichung zum Stabilisieren einer Laserbearbeitungsqualität reduziert werden.
(6) In dem in einem von (2) bis (4) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann die Thermo-Fluid-Simulationseinheit eine Bestrahlung des Werkstücks mit einem Laserstrahl von dem Bearbeitungskopf auf eine durch eine Wärmeeingabe bei dem Werkstück erzielte Temperaturerhöhungen bei dem Werkstück begrenzen, und die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation unter der Annahme ausführen, das ein Phasenübergang bei dem Werkstück nicht auftritt.
In der in (6) beschriebenen vorstehenden Konfiguration erhöht sich während einer Laserbearbeitung eine Temperatur bei dem Werkstück bei dem Bearbeitungspunkt zum Verändern der Phase des Werkstücks von fest zu flüssig oder Gas, oder weiter zu Plasma als ionisierte des Gas. Indessen erfordert ein Ausführen der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die einen Fluss einer flüssigen Phase in einem geschmolzenen Abschnitt streng berücksichtigt, das Auftreten von Plasma usw. eine riesige Menge einer Berechnungslast. Diesbezüglich ermöglicht ein Ausführen der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation unter der Annahme, das ein Phasenübergang des Werkstücks nicht auftritt, als ein Ersatz, ein Simulationsergebnis vergleichsweise einfach zu erhalten.
(7) In dem in (6) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann für zumindest einen Abschnitt einer Bearbeitungszone entlang der Bearbeitungslinie die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eine Laserbearbeitungsbedingung einstellen, um ein Simulationsergebnis zu erhalten, das zumindest eine Temperatur des Bearbeitungspunkts und/oder eine Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer vorbestimmten Temperatur bei einer beliebigen Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs, der sich relativ zu dem Werkstück bewegt, liegt.
In der in (7) beschriebenen vorstehenden Konfiguration, selbst wenn die Oberfläche des Werkstücks bei einem rechten Winkel gebogen ist und der Bearbeitungspunkt sich nicht bewegt, wenn die Stellung des Bearbeitungskopfs für eine Laserbearbeitung auf der äußeren Oberfläche des Werkstücks beispielsweise verändert wird, kann eine Laserbearbeitungsbedingung weiterhin zum Steuern einer Laserstrahlausgabe derart eingestellt werden, das eine übermäßige Zunahme der Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts verhindert wird. Selbst wenn sich ein Werkstück in einer Dicke verändert usw., kann auf diese Weise gesteuert werden, das eine konstante Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung Bearbeitungspunkt erzielt wird. Während einer Laserbearbeitung mittels einer Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, bei dem ein Festzustand beibehalten wird, anstelle unter Verwendung einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, bei dem einen Phasenübergang tatsächlich auftritt, als ein Index einer Laserbearbeitungsbedingung Einstellung, kann ein Fehler der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, der aus einem nicht berücksichtigen eines Phasenübergangs resultiert, reduziert werden.
(8) In den in (7) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann die Thermo-Fluid-Simulationseinheit Korrelationsdaten enthalten, die eine Korrelation zwischen der Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, enthalten in dem Simulationsergebnis, das bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, und einer Temperatur bei einer zugehörigen Position, die während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung bei der Laserbearbeitungsbedingung gemessen ist, angeben. Die Thermo-Fluid-Simulationseinheit kann auf die Korrelationsdaten Bezugnehmen, um eine vorbestimmte Austauschtemperatur zu bestimmen, die in der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation als ein Ersatz für die vorbestimmte Temperatur gedacht ist, die während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung gedacht ist, und dann die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausführen.
In der vorstehenden in (8) beschriebenen Konfiguration ist in der angenäherten nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation unter der Annahme, das ein Phasenübergang des Werkstücks nicht auftritt, ein bestimmter Abweichungsgrad zwischen einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, berechnet aus der Simulation, und einer zugehörigen Temperatur während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung unvermeidlich. Diesbezüglich kann durch kompensieren einer gewünschten Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts unter Verwendung der gesammelten Korrelationsdaten und dann Ausführen der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation die Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts zu der gewünschten Temperatur angenähert werden.
(9) In dem in (7) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung weiter eine Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit (beispielsweise eine später beschriebene Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24) umfassen. Die Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit kann eine im Wesen optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung für eine Werkstückbedingung enthalten, die für jeden Typ einer Laserbearbeitung vorbereitet ist, und zumindest ein Material und eine Dicke über das Werkstück mit einer plattenartigen Form enthält. Die im Wesentlichen optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung enthält Laserbearbeitungsvorrichtung, die zumindest eine Laserstrahlausgabe, die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts relativ zu dem plattenartigen Werkstück und einen Abstand zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt umfasst. Bezüglich zumindest einer partiellen bestimmten Zone einer Zone, in der die bei dem Werkstück eingestellte Bearbeitungslinie eine lineare Form aufweist und das Werkstück eine konstante Dicke entlang der Bearbeitungslinie aufweist, kann die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit, aus den in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit gespeicherten optimale Laserbearbeitungsvorrichtung, eine angenäherte optimale Laserbearbeitungsbedingung einstellen, die mit einer Werkstücksbedingung übereinstimmt oder ungefähr übereinstimmt. Bezüglich zumindest einer partiellen Zone der Zone entlang der Bearbeitungslinie mit Ausnahme der bestimmten Zone und zumindest benachbart zu der bestimmten Zone, kann die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit eine Laserbearbeitungsbedingung einstellen, bei der, mit einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, erhalten als das bei der angenäherten optimalen Laserbearbeitungsbedingung ausgeführten Simulationsergebnis erhalten ist, das für die als die vorbestimmte Temperatur bestimmte bestimmte Zone eingestellt ist, eingestellt werden, wird eine Temperatur Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, erhalten durch die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation, identisch zu einer vorbestimmten Temperatur wie in der bestimmten Zone.
In der in (9) beschriebenen vorstehenden Konfiguration enthält eine Laserbearbeitungsbedingung, die zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses notwendig eingestellt werden muss, einen breiten Bereich von Bedingungen, die nicht nur eine Laserstrahlausgabe, einen Abstand zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt (Positionen eines Laserstrahl Fokuspunkts und einer Bearbeitungsoberfläche relativ zueinander) und die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs relativ zu dem Werkstück umfasst, sondern ebenso eine Bedingung für einen Schutzgas oder ein Assistenzgas (Prozessgas) usw. umfasst. Somit ist eine Bestimmung einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung nicht einfach. Indessen wird für eine beschränkte Werkstückbedingung, dass das Werkstück eine konstante Dicke aufweist und eine flache Oberfläche aufweist und für eine Zone entlang der Bearbeitungslinie, die eine Begrenzungsbearbeitung muss Linienform Bedingung erfüllt, das die Bearbeitungslinie eine Geradlinigkeit aufweist, eine gespeicherten angenäherte optimale Laserbearbeitungsbedingung für jeden Typ einer Laserbearbeitung wie beispielsweise ein Schneiden oder Schweißen usw. für jedes Material des Werkstücks angewendet dadurch wird es möglich, das ein positives Bearbeitungsergebnis zuverlässig erhalten wird. Weiter kann eine Laserbearbeitungsbedingung, mit der mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ein positives Bearbeiter Ergebnis erzielt wird, einfach für benachbarte Zonen bei abgegrenzten Werkstückbedingungen eingestellt werden.
(10) In dem in einem von (6) bis (9) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem weiter Temperaturdetektionsmittel (beispielsweise ein später beschriebenes Temperaturdetektionsmittel 26) umfassen, das zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, der sich entlang der Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung bewegt, und/oder eine Oberflächentemperatur des Werkstücks in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist. Falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer durch das Temperaturdetektionsmittel bei einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung an dem Werkstück detektierten Detektionsdaten Temperatur, das bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung ein Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt ist, und einer Vorhersagetemperatur, die bei einer Position eines zu dem bestimmten Zeitpunkt gehörigen Zeitpunkt vorhergesagt ist, der in dem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, auftritt, kann die Steuereinheit eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz erfüllen. Die Laservorrichtung kann eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführen.
In der in (10) beschriebenen vorstehenden Konfiguration, falls ein Fehler in der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation eine Abweichung einer tatsächlichen Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts von der vorhergesagten Temperatur verursacht, die in einem Ergebnis der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation enthalten ist, mit anderen Worten von der beabsichtigten Temperatur bei der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung kann diese Abweichung in der Temperatur reduziert werden, um relativ zu Eingangsdaten begrenzt zu sein, die unter Verwendung eines Ergebnisses des Lernens neu eingegeben sind. Die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung kann auf die zeitlichen Änderungsdaten über die durch die erste Lerneinheit vorhergesagte Temperatur Bezugnehmen, um die Laserbearbeitungsbedingung einzustellen.
In der vorstehenden in (11) beschriebenen Konfiguration, betreibt die erste Lerneinheit ein lernen durch ein Maschinenlernen, um eine genaue Vorhersage der zeitlichen Veränderungsdaten über die Temperatur zu ermöglichen, die durch die Temperaturdetektionsmittel bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung eingestellten Laserbearbeitungsbedingung detektiert ist. Dies ermöglicht es, das die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung die Laserbearbeitungsbedingung derart einstellt, das die zeitlichen Veränderungsdaten über die Temperatur mit der Absicht übereinstimmt. Somit, selbst wenn das Werkstück mit einer komplizierten Form einer Laserbearbeitung unterzogen werden kann, während eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer gewünschten Temperatur gehalten wird. Weiter werden sowohl die Laserbearbeitungsbedingung als auch ein Simulationsergebnis, erhalten bei der Laserbearbeitungsbedingung, als Zustandsdaten beobachtet. Auf diese Weise wird das Simulationsergebnis als ein Hinweis verwendet. Dies ermöglicht es, das ein lernen relativ einfach für eine Vorhersage von zeitlichen Änderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel bei einer neuen Laserbearbeitungsbedingung detektierten Temperatur betrieben wird.
(12) In dem in (11) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem, falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer durch das Temperaturdetektionsmittel bei einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung an dem Werkstück detektierten Detektionsdaten Temperatur, die bei der mit Bezug zu den zeitlichen Änderungsdaten über die Temperatur eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt ist, die durch die erste Lerneinheit vorhergesagt ist, durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung, und einer vorhergesagten Temperatur, die bei einer Position eines zu dem bestimmten Zeitpunkt gehörigen Zeitpunkt vorhergesagt ist, der in dem bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, eine vorbestimmte Temperaturdifferenz überschreitet, kann die Steuereinheit eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der Laserbearbeitungsbedingung erfüllen, die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz eingestellt ist. Die Laservorrichtung kann eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführen.
In der vorstehenden im (12) beschriebenen Konfiguration, falls ein lernen durch die erste Lerneinheit unzureichend ist, oder falls ein Randzustand um die Laservorrichtung oder die Betriebseinheit sich während einer Laserbearbeitung verändert oder falls ein Oberflächenzustand des Werkstücks nicht gleichförmig ist, während das Lernen durch die erste Lerneinheit ausreichend betrieben wurde, selbst wenn bei einer Laserbearbeitungsbedingung bearbeitet wird, die eingestellt ist und dann durch Bezugnahme auf die zeitlichen Veränderungsdaten über die vorhergesagte Zeit bestimmt ist, die von der ersten Lerneinheit eingegeben sind, macht es dies weiterhin wahrscheinlich, dass eine durch das Temperaturdetektionsmittel detektierte Temperatur sich von der Vorhersagetemperatur unterscheidet. Diesbezüglich ermöglicht ein kompensieren der Laserbearbeitungsbedingung, dass das Auftreten eines fehlerhaften Abschnitts reduziert wird.
(13) In dem in (11) oder (12) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem weiter einen übergeordneten Computer (einen später beschriebenen übergeordneten Computer 34), ein übergeordnetes Netzwerk (beispielsweise ein später beschriebenes übergeordnetes Netzwerk 35) und ein untergeordnetes Netzwerk (beispielsweise ein später beschriebenes untergeordnetes Netzwerk 36) umfassen. Die erste Maschinenlernvorrichtung und eine Vielzahl der Laservorrichtungen können über das untergeordnete Netzwerk mit einer Herstellungszelle (beispielsweise eine später beschriebene Herstellungszelle 37, 370) verbunden sein. Eine Vielzahl der Herstellung zählen und der übergeordnete Computer können über das übergeordnete Netzwerk verbunden sein. Der übergeordnete Computer kann zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit der Maschinenbedingung Einstelleinheit fungieren. Die erste Zustandsbeobachtungseinheit der ersten Maschinenlernvorrichtung kann zumindest die Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulation die für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulationseinheit und zumindest zeitliche Veränderungsdaten über einen Temperatur, für die erwartet wird, das diese durch das Temperaturdetektionsmittel detektiert wird, als ein Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die durch das übergeordneten Netzwerk und das untergeordnete Netzwerk eingegeben sind, empfangen kann. Die zeitlichen Veränderungsdaten über die durch das Temperaturdetektionsmittel detektierte Temperatur kann in die Kennzeichnung Erfassungseinheit der ersten Maschinenlernvorrichtung über das untergeordnete Netzwerk eingegeben werden. Ein Lernmodell kann zwischen einer Vielzahl der ersten Lerneinheiten über das übergeordnete Netzwerk und das untergeordnete Netzwerk geteilt werden.
In der in (13) beschriebenen vorstehenden Konfiguration ist die erste Maschinenlernvorrichtung, die ein lernen durch verarbeiten einer Kennzeichnung in Echtzeit betreiben muss, wenn zeitliche Veränderungsdaten über einen Temperatur durch die Temperaturdetektionsmittel detektierte werden, mit dem untergeordneten Netzwerk verbunden, das ebenso Nebelnetzwerk genannt wird, mit welchem mehrere bis mehrere 10 Laservorrichtungen verbunden sind. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ist eine Simulation, die eine riesige Menge an Berechnungslast beinhaltet, während eine für diese Simulation benötigte Echtzeitleistungsfähigkeit nicht sehr hoch ist. Durch Ausführen dieser nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation bei dem übergeordneten Computer wie beispielsweise einem Cloudserver, der mit dem übergeordneten Netzwerk verbunden ist, können sowohl eine benötigte Echtzeitleistungsfähigkeit einer Verarbeitung und eine benötigte umfangreiche Verarbeitungsleistung erzielt werden.
(14) In dem in einem von (2) bis (4) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem weiter zumindest eine Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Inline Bild Überwachungszielvorrichtung 38) und eine zweite Maschinenlernvorrichtung (beispielsweise eine später beschriebene zweite Maschinenlernvorrichtung 39) umfassen. Die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung ist zum Erfassen von Bilddaten geeignet, die eine 2D Form oder eine 3D Form auf einer Oberfläche des Werkstücks oder innerhalb des Werkstücks in zumindest entweder einem Teil des Werkstücks, das einer Laserbearbeitung unterzogen wird, oder einem Teil des Werkstücks, unmittelbar nach der Laserbearbeitung, angeben. Die zweite Maschinenlernvorrichtung kann umfassen: eine zweite Zustandsbeobachtungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene zweite Zustand Beobachtungseinheit 40), die einen Zustand innerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems und einen Zustand außerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems beobachtet, was zumindest die Laserbearbeitungsbedingung, die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit eingestellt ist, und Formdaten über das Werkstück, das zu den Bilddaten gehört, als das Simulationsergebnis enthält, das bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, und die beobachteten Zustände als Zustandsdaten ausgibt; eine Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41), die Zeitserien-Bilddaten erfasst, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erhalten sind, und ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen den erfassten Bilddaten und Musterbilddaten, den ein vorab gespeicherte Bewertung gegeben sind, als Bestimmungsdaten erfasst; eine zweite Lerneinheit (beispielsweise eine später beschriebene zweite Lerneinheit 42), die die Ausgabe von der zweiten Zustandsbeobachtungseinheit und der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit empfängt; und eine Entscheidungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Entscheidung einer 43), die eine Laserbearbeitungsbedingung bestimmt, die von der zweiten Lerneinheit auszugeben ist, auf der Basis einer Wertefunktionen, als ein Ergebnis eines Lernens durch die zweite Lerneinheit. Die zweite Lerneinheit kann umfassen: eine Gewinnberechnungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Gewinnberechnungseinheit 44), die einen Gewinn aus den Bestimmungsdaten berechnet; und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit (beispielsweise eine später beschriebene Wertefunktionsaktualisierungseinheit 45), die Wertefunktionen sequenziell auf der Basis des berechneten Gewinns aktualisiert. Die zweite Lerneinheit kann die Laserbearbeitungsbedingung, die von der Entscheidungseinheit ausgegeben ist, mit den Zustandsdaten verknüpfen, die von der zweiten Zustand Beobachtungseinheit eingegeben sind, und den Bestimmungsdaten, die von der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit eingegeben sind, und eine optimale Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand in einem Versuch-und-Irrtum-Verfahren auf der Basis der Bestimmungsdaten lernen.
In der in (14) beschriebenen vorstehenden Konfiguration wird es möglich, wenn die zweite Lerneinheit ein lernen durch Maschinenlernen betreibt, eine Laserbearbeitungsbedingung auszugeben, die direkt ein positives Laserbearbeitung Ergebnis betrifft, bei dem Zeitserien-Bilddaten, die durch Abbilden durch die Inline Bild Überwachungszielvorrichtung erzeugt sind, mit Musterbilddaten übereinstimmen, denen eine hohe Bewertung gegeben ist. Weiter wird es durch Beobachten von Zustandsdaten, die eine Laserbearbeitungsbedingung enthalten, und Formdaten über das zu Bilddaten gehörige Werkstück als ein Simulationsergebnis, das bei dieser Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, möglich einen Hinweis aus einem Simulationsergebnis zu geben, das angibt, welche Bedingungen der Laserbearbeitungsbedingung geändert werden muss und wie eine Werkstücksform während einer Laserbearbeitung oder unmittelbar nach der Laserbearbeitung durch die Veränderungen der Bedingung zu verändern ist. Auf diese Weise kann ein lernen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand effizient betrieben werden.
In dem in (14) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem, wenn die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit die Bilddaten, die durch Abbilden der Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung abgebildet sind, mit den Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, vergleicht und Bestimmungsdaten ausgibt, die angeben, dass die Bewertung der Bilddaten, die durch die Abbildung durch die Inline Bild Überwachungszielvorrichtung erhalten sind, geringer als ein vorbestimmter. Während einer Laserbearbeitung an dem Werkstück bei der von der zweiten Maschinenlernvorrichtung ausgegebenen Laserbearbeitungsbedingung ist, kann die Steuereinheit eine Funktion zu kompensieren von zumindest einem Teil der ursprünglich von der zweiten Maschinenlernvorrichtung ausgegebenen Laserbearbeitungsbedingung erfüllen. Die Laservorrichtung kann eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführen.
In der in (15) beschriebenen vorstehenden Konfiguration, falls ein lernen durch die zweite Lerneinheit unzureichend ist, oder falls ein Randzustand um die Laservorrichtung oder die Betriebseinheit sich während einer Laserbearbeitung verändert oder falls ein Oberflächenzustand des Werkstücks nicht gleichförmig ist, während das Lernen durch die zweite Lerneinheit ausreichend betrieben wurde, ist es wahrscheinlich, das Bilddaten etwas von Musterbilddaten abweichen, denen eine hohe Punktzahl gegeben wurde, während einer Bearbeitung bei der von der zweiten Maschinenlernvorrichtung ausgegebenen Maschinen Bearbeitungsbedingung. Diesbezüglich kann durch kompensieren der Laserbearbeitungsbedingung das Auftreten eines fehlerhaften Abschnitts reduziert werden.
In dem in (14) oder (15) beschriebenen 3D Laserbearbeitungssystem kann das 3D Laserbearbeitungssystem einen übergeordneten Computer (beispielsweise einen später beschriebenen übergeordneten Computer 34), ein übergeordnetes Netzwerk (beispielsweise ein später beschriebenes übergeordnetes Netzwerk) und ein untergeordnetes Netzwerk (beispielsweise ein später beschriebenes untergeordnetes Netzwerk 36) umfassen. Die zweite Maschinenlernvorrichtung und eine Vielzahl von Laservorrichtungen können über das untergeordneten Netzwerk verbunden sein, um eine Herstellungszelle zu bilden (beispielsweise eine später beschriebene Herstellungszelle 37, 370). Eine Vielzahl der Herstellung zählen und der übergeordnete Computer können über ein übergeordnetes Netzwerk verbunden sein. Der übergeordnete Computer kann zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit der Maschinenbedingung Einstellvorrichtung fungieren. Die zweite Zustand Beobachtungseinheit der zweiten Maschinenlernvorrichtung kann zumindest die Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulationsbedingung für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulationseinheit und zumindest die Formdaten über das Werkstück, das zu den Bilddaten gehört, als ein Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die über das übergeordnete Netzwerk und das untergeordneten Netzwerk eingegeben sind, empfangen. Die durch Abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erhaltenen Bilddaten können in die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit der zweiten Maschinenlernvorrichtung über das untergeordneten Netzwerk eingegeben werden. Die Wertefunktionen kann zwischen einer Vielzahl der zweiten Lerneinheiten über das übergeordnete Netzwerk und das untergeordneten Netzwerk geteilt werden.
In der in (16) beschriebenen vorstehenden Konfiguration ist die zweite Maschinenlernvorrichtung, die ein lernen durch Vergleichen von Zeitserien-Bilddaten, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erfasst sind, und Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, in Echtzeit betreiben muss, wobei ein Ergebnis der Bestimmung als Bestimmungsdaten an die zweite Lerneinheit ausgegeben wird, und veranlasst wird, das die zweite Lerneinheit einen Gewinn aus den Bestimmungsdaten in Echtzeit berechnet und die Wertefunktionen aktualisiert, mit dem untergeordneten Netzwerk verbunden, das ein Nebelnetzwerk genannt wird, mit welchem mehrere bis mehrere 10 Laservorrichtungen verbunden sind. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ist eine Simulation, die eine große Menge an Berechnungslast beinhaltet, während eine für diese Simulation benötigte Echtzeitleistungsfähigkeit nicht sehr hoch ist. Durch Ausführen dieser nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation bei dem übergeordneten Computer wie beispielsweise einem Cloudserver, der mit dem übergeordneten Netzwerk verbunden ist, können sowohl eine benötigte Echtzeitleistungsfähigkeit einer Verarbeitung und eine benötigte umfangreiche Verarbeitungsleistung erzielt werden.
Die vorliegende Erfindung kann eine Bearbeitungsbedingung sein Stellvorrichtung und ein 3D Laserbearbeitungssystem bereitstellen, die zum Einstellen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung geeignet sind, die einen Laserstrahlausgabebedingung enthält, durch berücksichtigen einer Bewegungsbedingung für einen Bearbeitungskopf zum Verschieben relativ zu einem Werkstück mit einer 3D Form, während der Bearbeitungskopf einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks gehalten wird, eine Veränderung in einer Bewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkt auf einer Werkstückoberfläche, die mit einer Geschwindigkeitsveränderung einhergeht, die während der Bewegung des Bearbeitungskopfs auftritt, und eine Veränderung in einer Bearbeitungsbedingung zum Erhalten eines positiven Bearbeitungsergebnisses, das durch eine Veränderung in einer Wärmeeigenschaftsbedingung für den Bearbeitungspunkt wie beispielsweise der Dicke des Werkstücks zu verändern ist, die mit einer Bewegung des Bearbeitungspunkts einhergeht.
Kurzbeschreibung der Figuren

1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt eine simulierte Bewegung eines Bearbeitungskopfs, das als ein Beispiel eines Bewegungszustand Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
3 ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung in einer Bewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkt zeigt, was als ein Beispiel eines Bewegungszustand Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung in einer Laserstrahlausgabe zeigt, was als ein Beispiel eines nicht-stationären thermischen Fluid-Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
5 ist ein Graph, der ein Beispiel einer räumlichen Verteilung einer Eingabeenergiedichte eines auf ein Werkstück angewendeten Laserstrahls zeigt;
6 ist ein Graph, der ein anderes Beispiel einer räumlichen Verteilung einer Eingabeenergiedichte eines auf das Werkstück angelegten Laserstrahls zeigt;
7 zeigt eine simulierte Bewegung des Bearbeitungskopfs, was als ein anderes Beispiel eines Bewegungszustand Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
8 zeigt eine simulierte Bewegung des Bearbeitungskopfs, was als ein weiteres Beispiel eines Bewegungszustand Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
9 ist ein Graph, der eine zeitliche Änderung in einer Laserstrahlausgabe zeigt, was als ein anderes Beispiel eines nicht-stationären thermischen Fluid-Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
10 ist ein Graph, der eine zeitliche Veränderung in einer Laserstrahlausgabe zeigt, was als ein weiteres Beispiel eines nicht-stationären thermischen Fluid-Simulationsergebnisses in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist;
11 ist ein Graph, der ein Beispiel von Daten über eine Korrelation zwischen einer Simulationsergebnis Temperatur in der Umgebung eines Bearbeitungspunkt und einer Messtemperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts zeigt, die in dem 3D Laserbearbeitungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
12A ist ein erstes Flussdiagramm, das ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12B ist ein zweites Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14A ist ein erstes Flussdiagramm, das ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
14B ist ein zweites Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16A ist ein erstes Flussdiagramm, das ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16B ist ein zweites Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16C ist ein drittes Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16D ist ein viertes Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19A ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19B ist ein zweites Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19C ist ein drittes Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
19D ist ein viertes Flussdiagramm, dass das Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
20 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Detailbeschreibung der Erfindung
Ausführungsformen eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug zu den Figuren beschrieben. In den Figuren werden zugehörige Merkmale durch dieselben Bezugszeichen bestimmt. Wenn Merkmalen dieselben Bezugszeichen in den unterschiedlichen Figuren gegeben sind, bedeutet das, dass diese Merkmale jeweils Merkmale mit derselben Funktion sind. Um Darstellungen der Figuren zu erleichtern, sind die Maßstäbe der Figuren verändert, wenn dies geeignet ist.
<Erste Ausführungsform>
1 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Konfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems 1 der ersten Ausführungsform ist grob in 3 Vorrichtungen unterteilt, diese umfassen eine Laservorrichtung 2, eine Betriebseinheit 3 und eine Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4.
Die Laservorrichtung 2 weist eine Konfiguration auf, die vergleichbar zu der einer allgemeinen Laservorrichtung ist, die alleine verfügbar ist. Die Lernvorrichtung 2 umfasst zumindest einen Laseroszillator 5, der einen Laserstrahl ausgibt, eine Energieversorgungseinheit 6, die den Laseroszillator 5 mit Energie für eine Laseroszillation versorgt, ein Laseroptik System 10, das einen Bearbeitungskopf 9 zum durchführen des Laserstrahls umfasst, der von dem Laseroszillator 5 ausgegeben ist, durch eine optische Faser 7 und zum Anwenden des Laserstrahls auf ein Werkstück 8 als ein Laserbearbeitungssystem; ein Funkdetektion Mittel 11, das den durch das Laseroptiksystem 10 übertragenen Strahl detektiert; und eine Steuereinheit 12, die zumindest einen zu einem Lichtausgabebefehle gehörigen Ladeleistungsausgabe Befehl an die Energieversorgungseinheit 6 ausgibt und ein Detektionsergebnis durch das Fotodetektionsmittel 11 empfängt.
Während eine Eingabeeinheit zum Eingeben einer Laserausgabe Bedingung usw. notwendig ist, wenn die Laservorrichtung 2 alleine verwendet wird, ist solch eine Eingabeeinheit nicht gezeigt. In 1 sind der Bearbeitungskopf 9 und die optische Faser 7 zusammen mit dem Laseroptiksystem 10 gezeigt. In der vorliegenden Beschreibung bedeutet, es sei denn etwas anderes ist bestimmt, der Begriff „Laseroptiksystem“, das der Bearbeitungskopf 9, die optische Faser 7 usw. umfasst ist. Somit umfasst das hierin beschriebene Laseroptiksystem ein optisches kombinierter Element zum Kombinieren von Laserstrahlen von einer Vielzahl der Laseroszillatoren 5 wie in der ersten Ausführungsform oder einen in 1 nicht gezeigten Faserkoppler zum Eingeben eines Laserstrahls, der von einer Endoberfläche einer optischen Faser ausgegeben ist, in einer Endoberfläche einer anderen optischen Faser. Falls ein Laseroszillator ein Laserdioden Modul als eine Anregungslichtquelle verwendet, umfasst das Laseroptiksystem ein optisches Verstärkungsmedium wie beispielsweise eine Verstärkungsdruck Optikfaser oder ein optisches System zum Eingeben eines Laserstrahls in das optische Verstärkungsmedium. Falls ein Laseroszillator ein Laserdiodenmodul als eine Laserlichtquelle verwendet, umfasst das Laseroptiksystem ein optisches kombinierter Element usw. zum Kombinieren von Laserstrahlen für das Laserdiodenmodul.
Das Laseroptiksystem 10 kann in optischen Eigenschaften wie beispielsweise einer Fokuslänge in Reaktion auf einen Befehl von der Steuereinheit 12 gesteuert werden zusätzlich zu Fotodesinfektionsmitteln, die einen von dem Laseroszillator 5 ausgegebenen Laserstrahl detektieren, umfasst das Fotodetektionsmittel 11 vorzugsweise ein Fotodetektionsmittel, das einen Rückstrahl detektiert, der in dem Laseroptiksystem 10 in einer entgegengesetzten Richtung zu einem von dem Laseroszillator 5 ausgegebenen Laserstrahl sich ausbreitet, wie beispielsweise ein reflektierter Strahl eines von dem Bearbeitungskopf 9 ausgegebenen Laserstrahls und an einer Oberfläche des Werkstücks 8 reflektiert ist. In 1 zeigen weiße Pfeile Laserstrahlen in einer simulierten Weise. Durchgezogene Pfeile zeigen Signallinien usw. und Richtungen der Signale in einer simulierten Weise. Dies gilt für die nach 1 folgenden und zugehörige Konzeptkonfigurationen zeigende Blockdiagramme.
Die hierbei verwendete Betriebseinheit 3 bezeichnet eine Vorrichtung zum Verschieben der Position des Bearbeitungskopfs 9, umfassend die Stellung des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8. In der ersten Ausführungsform ist die Betriebseinheit 3 aus einem Roboter 13 und einer Robotersteuereinheit 14 gebildet. Der Bearbeitungskopf 9 ist an einer Hand des Roboters 13 angebracht.
In Reaktion auf ein Steuersignal von der Robotersteuereinheit 14, die einen Bearbeitungskopf Betriebsbefehl von der Steuereinheit 12 empfangen hat, verschiebt der Roboter 13 den Bearbeitungskopf 9 zu einer Stellung oder einer Position in Reaktion auf den Bearbeitungskopf Betriebsbefehl in Synchronisation mit einem von dem Bearbeitungskopf 9 ausgegebenen Laserstrahl. Das Werkstück 8 wird an einer Haltevorrichtungseinheit 15 gehalten. Die Haltevorrichtungseinheit 15 kann mit einem Linienmotor beispielsweise versehen sein, um die Rolle der Betriebseinheit 3 zu teilen. Damit die Haltevorrichtungseinheit 15 die Rolle der Betriebseinheit 3 teilt, wird ein Signal, das ein Haltezustand des Werkstücks 8 angibt, von der Haltevorrichtungseinheit 15 an die Robotersteuereinheit 14 oder die Steuereinheit 12 ausgegeben und zusätzlich wird ein Haltevorrichtungseinheit-Betriebsbefehl von der Robotersteuereinheit 14 oder der Steuereinheit 12 an die Haltevorrichtungseinheit 15 ausgegeben.
Die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 umfasst eine Bewegungszustandssimulationseinheit 16, eine Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17, eine Maschinenbedingung Einstelleinheit 18, eine Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, eine Befehlseingabeeinheit 20, eine Datenerfassungseinheit 21, eine CAD Daten-Speichereinheit 22 und eine Anzeigeeinheit 23.
Wenn ein Befehl zum Einstellen einer Laserbearbeitungsbedingung in die Befehlseingabeeinheit 20 eingegeben wird, liest die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 3D CAD Daten auf der Datenerfassungseinheit 21 in Reaktion auf den Befehl von der Befehlseingabeeinheit 20 aus und gibt einen Befehl zum Speichern der ausgelesenen CAD Daten in der CAD Daten-Speichereinheit 22 aus. Die 3D CAD Daten enthalten 3D CAD Daten über das Werkstück 8, die thermo-physikalische Eigenschaften bestimmen, umfassend zumindest eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und eine Dichte, und 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf 9. Diese Teile der 3D CAD Daten werden in die Datenerfassungseinheit 21 von außerhalb der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingelesen.
Als Nächstes mit Bezug zu der Bewegungszustandssimulationseinheit 16, in Reaktion auf den Befehl von der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, simuliert die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 einen Bewegungszustand des Bearbeitungskopfs 9 unter Verwendung der 3D CAD Daten über das Werkstück 8 und den 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf 9, gespeichert in der CAD Daten-Speichereinheit 22. Der Bewegungszustand des Bearbeitungskopfs 9 bezeichnet einer Bewegung des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 entlang einer in den vorstehenden 3D CAD Daten über das Werkstück 8 eingestellten Bearbeitungslinie, während der Bearbeitungskopf 9 bei einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 gehalten wird. Die Bearbeitungslinie ersten Pfad eines Bearbeitungspunkt, der bestimmt ist, wenn der Bearbeitungskopf 9 sich relativ zu dem Werkstück 8 bewegt. Der Bearbeitungspunkt bezeichnet einen Schnittpunkt der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 und der optischen Achse des Bearbeitungskopfs 9.
Der Bewegungszustand des Bearbeitungskopfs wird vorzugsweise durch ein Verschieben des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück in einem virtuellen 3D Raum entlang der Bearbeitungslinie des Werkstücks 8 simuliert, während der Bearbeitungskopf 9 bei einem vorbestimmten Winkel und einem vorbestimmten Abstand von der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 gehalten wird, während ein einstellbarer Bereich für eine Bewegungsgeschwindigkeit für den Bearbeitungskopf 9 berücksichtigt wird, umfassend eine annehmbare Haltung des Bearbeitungskopfs 9 oder eine Veränderung in der Haltung des Bearbeitungskopfs 9 auf der Basis der Leistungsfähigkeit, Spezifikationen usw. der Betriebseinheit 3 zum Verschieben der Position des Bearbeitungskopfs 9.
Die 2 und 3 zeigen bestimmte Beispiele eines Teils der Bewegungszustand Simulation. In den 2 und 3 zeigen t1, t2, t3, ... t19 gleichmäßig verteilten Zeitpunkte einer Laserbearbeitung auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 mit dem Bearbeitungskopf 9.wie in 2 gezeigt, verändert sich die Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 bei einem rechten Winkel. Wie in diesem Fall, falls die Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 sich stark verändert, ist ein Punkt auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8, der mit einem von dem Bearbeitungskopf 9 ausgegebenen Laserstrahl bestrahlt wird, und zwar ein Bearbeitungspunkt, bei einem Stillstand bei einem in 2 gezeigten Punkt A, wenn die Haltung des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 verändert wird. Somit, wie in 3 gezeigt, wenn sich der Bearbeitungspunkt dem Punkt A nähert, muss eine Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 von einer bestimmten Position an reduziert werden.
Um eine Bearbeitungsdauer zu minimieren, wird die Bewegungsgeschwindigkeit vorzugsweise reduziert, nachdem sich der Bearbeitungspunkt dem Punkt A so weit wie möglich innerhalb eines Bereichs annähert, bei dem die Position des Bearbeitungskopfs 9 stabil gesteuert werden kann. Somit wird eine Position, bei der die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 beginnt reduziert zu werden, durch berücksichtigen der Leistungsfähigkeit der Betriebseinheit 3 usw. bestimmt.
Eine Geschwindigkeit, bei der die Haltung des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 verändert wird, wird so hoch wie möglich innerhalb eines Bereichs ebenso bevorzugt, bei dem die Haltung des Bearbeitungskopfs 9 stabil gesteuert werden kann. Somit wird, nachdem ein verändern der Stellung des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 beendet ist, die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 so weit wie möglich innerhalb eines Bereichs erhöht, bei dem die Position des Bearbeitungskopfs 9 stabil gesteuert werden kann.
Eine Beschleunigung der vorstehenden Haltungsänderung und eine Beschleunigung der vorstehenden Bewegung des Bearbeitungskopfs 9 werden ebenso unter Berücksichtigung der Leistungsfähigkeit der Betriebseinheit 3 usw. bestückt. Unter Berücksichtigung einer Reichweite eines Laserstrahls, der durch die Laservorrichtung 2 realisierbar ausgegeben wird, kann allerdings eine übermäßig hohe Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts das Risiko verursachen, das es misslingt, ein positives Bearbeitungsergebnis zu erhalten. Somit wird ein Ergebnis der Bewegungszustand Simulation als ein Hinweis eines oberen Grenzwerts einer zulässigen Geschwindigkeit und einer zulässigen Beschleunigung berücksichtigt und dann wird eine endgültige Bewegungsbedingungen für den Bearbeitungskopf 9 relativ zu dem Werkstück 8 bestimmt.
In dem Beispiel der in den 2 und 3 gezeigten Bewegungszustand Simulation beginnt die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 in einer horizontalen Richtung damit reduziert zu werden, wenn der Bearbeitungspunkt bei dem Zeitpunkt t6 ist. Die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts ist gleich 0 in einer Periode von dem Zeitpunkt t8, wenn der Bearbeitungspunkt den Punkt A erreicht, bis zu dem t12, wenn ein neigen der Haltung des Bearbeitungskopfs 9 auf 90° beendet ist. Weiter beginnt die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 in einer vertikalen Richtung damit erhöht zu werden, wenn der Bearbeitungspunkt bei dem Zeitpunkt t12 ist und dessen ursprünglicher Geschwindigkeit bei dem Zeitpunkt t14 wiederherstellt.
Das vorstehende Ergebnis der Bewegungszustand Simulation kann auf der Anzeige einer 23 als ein Video von 3D Bildern angezeigt werden, die das Werkstück achten dem Bearbeitungskopf 9 umfassen, um eine Überprüfung des Simulationsergebnisses zu ermöglichen. In diesem Fall ist eine Geschwindigkeit oder eine Ansicht zur Wiedergabe des Videos vorzugsweise frei veränderlich, um das Simulationsergebnis einfach zu überprüfen. Falls ein Ergebnis der Bewegungszustand Simulation zeigt, dass der Bearbeitungskopf 9 das Werkstück 8 beispielsweise beeinträchtigt, um eine Umsetzung einer beabsichtigten Laserbearbeitung zu erlauben, kann eine Angabe, das die Laserbearbeitung unmöglich ist, aufgrund einer Beeinträchtigung durch den Bearbeitungskopf 9, auf der Anzeige einer 23 angezeigt werden.
Wenn der Bearbeitungskopfs neunten sich relativ zu dem Werkstück 8 gemäß dem durch die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 erhaltenen Bewegungszustand Simulationsergebnis bewegt, führt die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 eine nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation zum Berechnen einer Temperaturverteilung in einen Bereich aus, der zumindest einen Teil des Werkstücks 8 abdeckt, der durch die Bewegung des Bearbeitungskopfs 9 zu verändern ist.
Es wird angenommen, das beispielsweise der Bearbeitungskopf 9 sich in dem in den 2 und 3 gezeigten Muster bewegt, und die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 für eine Veränderung der Stellung des Bearbeitungskopfs 9 reduziert wird, um die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts zu reduzieren, der sich entlang der Bearbeitungslinie auf der Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks 8 bewegt. In diesem Fall wird unter der Bedingung, das dieselbe Laserstrahlausgabe von dem Bearbeitungskopf 9 ausgegeben wird, eine bei dem Bearbeitungspunkt pro Zeiteinheit angelegte Laserenergie erhöht, um eine Temperatur übermäßig bei dem Bearbeitungspunkt oder bei dem Werkstück 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts zu erhöhen. Dies verursacht leider eine Abweichung von einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung. Somit, falls ein Typ einer Laserbearbeitung ein Schneiden beispielsweise ist, kann ein fehlerhafter Abschnitt wie beispielsweise ein Scheitern zum Erhalten einer glatten Schnittoberfläche aufgrund einer übermäßig erhöhten Breite eines geschmolzenen Teils eines Werkstücks auftreten. Weiter, falls ein Typ der Laserbearbeitung ein Schweißen ist, tritt ein fehlerhafter Abschnitt wie beispielsweise eine erhöhte Kuriosität auf.
Um das Auftreten eines fehlerhaften Abschnitts, wie in 4 gezeigt zu verhindern muss beispielsweise eine Laserstrahlausgabe derart reduziert werden, das diese mit einem Zeitpunkt einer Reduktion in der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts entlang der Bearbeitungslinie zusammenfällt. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation wird ausgeführt, um einen Weg zum Steuern einer Laserbearbeitungsbedingung zu bestimmen, die mit dem Bewegungszustand des Bearbeitungspunkts entlang der Bearbeitungslinie übereinstimmt, durch Bestimmen eines Reduktion Kratz der Laserstrahlausgabe beispielsweise. Im Wesentlichen wird die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation wiederholt, bis ein Simulationsergebnis, das zu einem positiven Laserbearbeitung Ergebnis gehört, erhalten wird, durch rückkoppeln von Simulationsergebnissen und verändern von Laserbearbeitungsbedingung den. Gemäß dem konventionellen gemeldeten Steuerverfahren zum Steuern einer Laserstrahlausgabe relativ zu der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts entlang der Bearbeitungslinie, falls der Bearbeitungskopf 9 in der in den 2 oder 3 gezeigten Weise beispielsweise verschoben wird, ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts entlang der Bearbeitungslinie gleich 0 (m/s), wenn die Stellung des Bearbeitungskopfs 9 verändert wird. In diesem Fall ist es klar, dass die Laserstrahlausgabe angehalten wird und eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt reduziert wird, um einen fehlerhaften Abschnitts zu verursachen.
In dem 3D Laserbearbeitungssystem 1 der ersten Ausführungsform stellt auf der Basis von Simulationsergebnissen, die durch die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 erhalten sind, die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eine Laserbearbeitungsbedingung ein, die zumindest eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 und eine Laserstrahlausgabebedingung vor einem Umsetzen einer tatsächlichen Laserbearbeitung enthält, und dann wird eine Laserbearbeitung begonnen. Allerdings, falls die Steuereinheit 12 bestimmt, dass die Quantität eines zurückkehrenden Strahls reduziert werden muss, auf der Basis eines Detektionsergebnisses des Rückstrahls, das durch die Fotodetektionseinheit L 11 erhalten ist, wird die vorab durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung vorzugsweise zumindest zeitweise verändert. Insbesondere wird eine Laserbearbeitungsbedingung, die sowohl eine Laserstrahlausgabebedingung als auch eine Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 enthält, auf eine Laserbearbeitungsbedingung geändert, bei der die Laserstrahlausgabe reduziert ist und gleichzeitig die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 reduziert ist beispielsweise, um eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Temperatur bei dem Werkstück 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer Temperatur in der Nähe einer gewünschten Temperatur beibehalten zu können. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines fehlerhaften Abschnitts reduziert werden, während ein Schaden an dem Laseroptiksystem oder dem Laseroszillator 5 aufgrund des Rückstrahls verhindert wird.
Während dies in 1 nicht gezeigt ist, wird bevorzugt, das ein Entfernungsmessmittel an dem Bearbeitungskopf 9 beispielsweise angebracht ist. Während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung, auf der Basis eines Ergebnisses einer Messung durch das Entfernungsmessmittel, kompensiert die Steuereinheit 12 vorzugsweise zumindest eine Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9, die zu einer vorab auf der Basis eines Ergebnisses der Bearbeitungskopf Bewegungssimulation eingestellten Laserbearbeitungsbedingung gehört. Das Entfernungsmessmittel ist ein Mittel wie beispielsweise ein Laser Entfernungsmessung Sensor, der zum Messen eines Abstands zwischen einer Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf einer Seite einer Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt geeignet ist, ohne das Werkstück 8 zu kontaktieren. Dies ermöglicht es, das eine leichte Abweichung eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt von einem vorbestimmten Abstand kompensiert wird, die durch eine leichte Differenz zwischen den 3D CAD Daten über das Werkstück 8 und einer tatsächlichen Form oder einer tatsächlichen Position des Werkstücks 8 verursacht wird, die aus der Formgenauigkeit des Werkstücks 8, der Genauigkeit beim Halten des Werkstücks 8, einer thermischen Deformation des Werkstücks 8 usw. resultiert. Im Ergebnis kann das Auftreten eines fehlerhaften Abschnitts verhindert werden, das durch die Abweichung des Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt von dem vorbestimmten Abstand verursacht wird. Ein Ziel der Kompensation ist eine leichte Differenz, sodass ein fehlerhafter Abschnitt aufgrund einer Verzögerung in der Kompensation nicht verursacht wird.
Während dies ebenso nicht in 1 gezeigt ist, kann ein Temperaturdetektionsmittel wie beispielsweise eine Wärmebildtechnik an dem Bearbeitungskopf 9 beispielsweise angebracht sein. Dieses Temperaturdetektionsmittel ist zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt geeignet, der entlang einer Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung bewegt wird, und einer Oberflächentemperatur des Werkstücks 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, ohne das Werkstück 8 zu kontaktieren. In diesem Fall, falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer Detektionstemperatur, die durch die Temperaturdetektionsmittel zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Laserbearbeitung einem Werkstück 8 detektiert wird, die bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird, und einer Vorhersagetemperatur, die bei einer Position eines Zeitpunkts vorhergesagt ist, der zu dem bestimmten Zeitpunkt gehört, der in einem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, erfüllt die Steuereinheit 12 vorzugsweise eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz. Dann wird die Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortgeführt. Dadurch kann, während eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts von einer gewünschten Temperatur bei der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung aufgrund eines Fehlers in der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation auftritt, beispielsweise, eine solche Temperaturabweichung reduziert werden, um eine Laserbearbeitungsqualität zu stabilisieren. Falls die Detektionstemperatur, die durch das Temperaturdetektionsmittel detektierte ist, geringer als die Vorhersagetemperatur und gewünschte Temperatur beispielsweise wird, kann die Steuereinheit 12 eine Kompensation zum Erhöhen der Laserstrahlausgabe Ausführen. Falls die Detektionstemperatur höher als die Vorhersagetemperatur oder die gewünschte Temperatur wird, kann die Steuereinheit 12 eine Kompensation zum Reduzieren einer Laserstrahlausgabe ausführen.
bezüglich der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation zum Berechnen einer Temperaturverteilung in einem Bereich, der zumindest einen Teil des Werkstücks 8 abdeckt, der durch die Bewegung des Bearbeitungskopfs 9 zu verändern ist, durch eine Laserbestrahlung des Werkstücks 8, wird ein Laserstrahl in einem Elektron absorbiert, um eine Temperatur des Elektrons zu erhöhen. Eine Coulombkollision tritt danach auf, um eine Gittervibration eines Atoms zu verursachen oder eine Ionentemperatur zu erhöhen. Dann tritt ein kompliziertes physikalisches Phänomen wie beispielsweise Phasenübergänge des Werkstücks 8, umfassend schmelzen, verdampfen, Transformation in Plasma und ein wieder verfestigen, eine Konfektion eines Schmelz und ein verdampfen des Schmelz, um einen Fluss einer gasförmigen Substanz beispielsweise zu verursachen. Somit kann ein in einem Ergebnis einer Laserbearbeitung enthaltenes Simulationsergebnis durch simulieren aller wirklichkeitsgetreuen Phänomene erhalten werden. Allerdings veranlasst ein Simulieren aller wirklichkeitsgetreuen Phänomene ein Problem darin, das eine gewaltige Menge an Rechenlast notwendig ist und ein ausreichend genaues Simulationsergebnis nicht erhalten werden kann. Diesbezüglich kann, um ein vergleichsweise einfaches Simulationsergebnis zu erhalten, ein Annäherung Simulationsverfahren verwendet werden. Entsprechend diesem Simulationsverfahren ist ein Effekt einer Bestrahlung des Werkstücks 8 mit einem Laserstrahl von dem Bearbeitungskopf 9 auf eine Temperaturzunahme bei dem Werkstück 8 beschränkt, die durch eine Wärmeeingabe bei dem Werkstück 8 erzielt wird. Unter der Annahme, das ein Phasenübergang des Werkstücks 8 nicht auftritt, wird eine nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation ausgeführt.
Zur Umsetzung der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation unter der Annahme, dass der Effekt einer Bestrahlung mit einem Laserstrahl nur eine Temperaturzunahme bei dem Werkstück 8 ist, die durch eine Wärmeeingabe bei dem Werkstück 8 erzielt wird, und ein Phasenübergang des Werkstücks 8 nicht auftritt, kann die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch annähern des Effekts einer Bestrahlung des Werkstücks 8 mit einem Laserstrahl mittels nur einer Eingabeenergie des Laserstrahls bei dem Werkstück 8, einem Spotdurchmesser auf einer Werkstückoberfläche, einer Reflexivität bei einer Laserbestrahlungsposition auf dem Werkstück 8 und einem Koeffizienten einer Absorption des Laserstrahls durch das Werkstück 8 ausgeführt werden, wie in der nachstehenden Gleichung 1 gezeigt. $Q (x, y, z, t) = (1 - R) I_{o} (x, y, t) exp (- α z)$
In dieser Gleichung bezeichnet Q (x, y, z, t) die Wärmemenge, die in das Werkstück 8 durch die Laserbestrahlung eingegeben wird, X und Y bezeichnen Koordinaten bei dem Bearbeitungspunkt des Werkstücks 8 in einer Ebene, umfassend die Bearbeitungsoberfläche, und Z bezeichnet eine Koordinate in einer Richtung, die durch den Bearbeitungspunkt auf dem Werkstück 8 hindurchgeht und vertikal zu der die Bearbeitungsoberfläche umfassenden Ebene bei dem Bearbeitungspunkt ist. Die Koordinaten des Bearbeitungspunkts können wie folgt eingestellt werden: x = y = z = 0. In dieser Gleichung bezeichnet t die Zeit, R bezeichnet eine Reflexivität, α bezeichnet einen Absorptionskoeffizienten und I₀ (x, y, t) bezeichnet eine Eingabestrahlintensität.
Wie in der nachstehenden Gleichung 2 gezeigt, kann die Eingabe Strahlintensität durch das Produkt einer räumlichen Funktion f (x, y) wiedergegeben werden, die ein Eingabe Wärmeprofil auf der Bearbeitungskopfoberfläche des Werkstücks 8 bezeichnet, und eine Spitzeneingabeenergiedichte Ip (t) [W/m²] des Eingabelaserstrahls. $I_{o} (x, y, t) = f (x, y) I_{p} (t)$
In dieser Gleichung ist die Spitzeneingabeenergiedichte Ip (t) [W/m²] eine Zeitfunktion. Falls eine Eingabeenergiedichteverteilung eine Gaußverteilung ist, wie in 5 gezeigt, kann die räumlichen Funktion f (x, y) durch die nachstehende Gleichung 3 wiedergegeben werden. $f (x, y) = exp (- \frac{x^{2} + y^{2}}{Γ^{2}})$
In dieser Gleichung ist r ein Radius einer Bestrahlung des Eingabelaserstrahls auf der Werkstückoberfläche und gehört zu einer Hälfte eines Spotdurchmessers. Wie in 6 gezeigt, falls die Eingabeenergiedichteverteilung eine Zylinderverteilung ist, kann die räumliche Funktion f (x, y) durch die nachstehende Gleichung 4 angenähert und wiedergegeben werden. $\begin{array}{l} f (x, y) = 1 (IF x^{2} + y^{2} ≦ r^{2}) \\ = 0 (IF x^{2} + y^{2} > r^{2}) \end{array}$
Wie in der nachstehenden Gleichung 5 gezeigt, resultiert unabhängig davon, ob die Eingabeenergiedichteverteilung eine Gaußverteilung oder eine Zylinderverteilung ist, eine doppelte Integration einer Gleichung mit Bezug zu x und y in einer Eingabeenergie πr²I_P(t)[W] des Laserstrahls bei dem Werkstück 8. Die räumliche Funktion f (x, y) ist nicht auf die vorstehende Gaußverteilung oder die Zylinderverteilung beschränkt, und kann eine räumliche Funktion sein, die durch Messen einer tatsächlichen Intensitätsverteilung beispielsweise erhalten wird. $\int_{- \infty}^{+ \infty} \int_{- \infty}^{+ \infty} f (x, y) I_{p} (t) d x d y = π r^{2} I_{p} (t)$
Wie oben beschrieben wird der Effekt einer Bestrahlung des Werkstücks 8 mit einem Laserstrahl mittels nur einer Eingabeenergie des Laserstrahls bei dem Werkstück 8, einem Spotdurchmesser des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche, einer Reflexivität bei einer Laserbestrahlungsposition auf dem Werkstück 8 und einem Koeffizienten einer Absorption des Laserstrahls durch das Werkstück 8 angenähert, während Phasenübergänge nicht berücksichtigt werden. Dadurch kann die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation vergleichsweise einfach ausgeführt werden.
Indessen werden ähnliche physikalische Eigenschaftswert sind über das Werkstück 8 wie beispielsweise eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und eine Dichte, einen Koeffizienten einer Absorption eines Laserstrahls durch das Werkstück 8 und eine Reflexivität bei dem Werkstück 8 durch eine Temperaturzunahme oder eine Phasenänderung bei dem Werkstück 8 verändern, die in Reaktion auf eine Wärmeeingabe auftreten. Somit ist es schwierig genaue physikalische Eigenschaftswert zu erhalten. In Reaktion darauf können die nachstehenden Verfahren in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation angewendet werden: ein physikalischer Eigenschaftswert, bei dem die für eine feste Phase verfügbare höchste Temperatur verwendet wird; falls eine Temperaturabhängigkeit von der festen Phase bekannt ist, wird ein physikalischer Eigenschaftswert verwendet, unter Berücksichtigung einer zu einer früheren Temperatur extrapolierten Temperaturabhängigkeit; eine Versuchs Laserbearbeitung wird an einem experimentellen Werkstück mit einer einfachen Form ausgeführt und ein mit einem Ergebnis des Experiments übereinstimmender physikalischer Eigenschaftswert wird verwendet.
Eine Reflexivität wird vorzugsweise durch berücksichtigen einer Eingabewinkelabhängigkeit bestimmt. Falls das Werkstück 8 aus Metall gebildet ist, kann, wenn ein Absorptionskoeffizient eines Laserstrahls durch einen Festkörper hoch ist, eine Absorption des Laserstrahls unter der Annahme angenähert werden, das der Laserstrahl vollständig auf der Oberfläche des Werkstücks 8 absorbiert wird.
Ein Schutzgas oder ein Prozessgas, das in einer Laserbearbeitungsbedingung enthalten ist, kühlt eine Werkstückoberfläche zusätzlich zum Erfüllen von deren eigener Funktion effizient. Es gibt einen Bereich, bei dem das Schutzgas oder das Prozessgas mit einer hohen Geschwindigkeit auf das Werkstück 8 geblasen wird und das Gas wesentlich komprimiert wird. Somit wird, um den Einfluss eines solchen Gases so korrekt wie möglich widerzuspiegeln, ein solches Gas vorzugsweise als komprimierbares Gas zur Umsetzung der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation verwendet.
zur Umsetzung der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation unter der Annahme, das ein Phasenübergang des Werkstücks 8 nicht auftritt und auf der Basis eines Ergebnisses der Bewegungszustand Simulation durch die Bewegungszustands Simulationseinheit 16, kann eine gewünschte Laserbearbeitungsbedingung für zumindest eine partielle Bearbeitungszonen der Bearbeitungslinie eingestellt werden, sodass ein Simulationsergebnis erhalten wird, das zumindest eine Temperatur bei einem Bearbeitungspunkt und/oder eine Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer vorbestimmten konstanten Temperatur bei einer beliebigen Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 ist, der sich relativ zu dem Werkstück 8 bewegt. Während einer Laserbearbeitung unter Verwendung einer Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, wobei ein Festzustand beibehalten wird, anstelle einer Verwendung einer Temperatur Bearbeitungspunkt, wobei ein Phasenübergang tatsächlich auftritt, als ein Index einer Laserbearbeitungsbedingung Einstellung berücksichtigt wird, um eine größere Reduktion in einem Fehler der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation zu erzielen, der aus einem Nichtbeachten eines Phasenübergangs resultiert. Der Begriff, der Umgebung des Bearbeitungspunkts, der in jedem Fall in der vorliegenden Beschreibung verwendet wird, bezeichnet einen bestimmten Punkt oder eine Position, getrennt durch einen vorbestimmten Abstand in einer vorbestimmten Richtung von dem Bearbeitungspunkt.
Falls eine einzustellende gewünschte Laserbearbeitungsbedingung zumindest eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt und/oder eine Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer vorbestimmten konstanten Temperatur platziert, wiederholt die Thermo-Fluid-Simulation Einheit 17 die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch berücksichtigen eines Ergebnisses der Bewegungszustand Simulation durch die Bewegungszustands Simulationseinheit 16, um eine Laserbearbeitungsbedingung abzuleiten, bei der die Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder die Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts als die vorstehende vorbestimmte Temperatur angenommen wird. Mit anderen Worten wird die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation wiederholt, bis eine Differenz zwischen einer in einem Simulationsergebnis erhaltenen Temperatur und der vorstehenden vorbestimmten Temperatur gleich einem vorbestimmten Wert oder weniger durch eine gesamte Bearbeitungszone wird.
Auf diese Weise stellt, bevor eine tatsächliche Laserbearbeitung umgesetzt wird, die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eine Laserbearbeitungsbedingung vorab ein, die eine Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 enthält, auf der Basis von Simulationsergebnissen, die durch die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 erhalten sind, und die eingestellte Laserbearbeitungsbedingung an die Steuereinheit 12 ausgeführt. Die Steuereinheit 12 gibt einen Lichtausgabebefehl oder einen Bearbeitungskopf Betriebsbefehl beispielsweise aus, der mit der Laserbearbeitungsbedingung übereinstimmt, an jede Einheit in der Laservorrichtung 2 oder jede Einheit in der Betriebseinheit 3, um die Laserbearbeitung auszuführen.
Wie oben beschrieben, wird eine Laserbearbeitung bei einer Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt, bei der eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts als eine vorbestimmte Temperatur angenommen wird. Dadurch, selbst falls wie beispielsweise in 2 gezeigt, die Oberfläche des Werkstücks 8 bei einem rechten Winkel gebogen ist und der Bearbeitungspunkt sich nicht bewegt, wenn die Stellung des Bearbeitungskopfs 9 für eine Laserbearbeitung an der äußeren Oberfläche des Werkstücks 8 beispielsweise verändert wird, kann eine Laserbearbeitungsbedingung weiterhin zum Steuern einer Laserstrahlausgabe derart eingestellt werden, sodass eine übermäßige Erhöhung in der Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts vermieden wird.
Durch die Umsetzung einer Bearbeitung bei der aus der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation abgeleiteten Laserbearbeitungsbedingung, bei der eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt als die vorbestimmte Temperatur angenommen wird, selbst wenn sich die Dicke des Werkstücks 8 verändert usw., derart gesteuert werden, das eine konstante Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts erzielt wird. Falls das Werkstück 8 von dem in 2 gezeigten Werkstück 8 zu in den 7 und 8 gezeigten Werkstücken verändert wird, die eine sich verändernde Dicke aufweisen, beispielsweise, wird ein Ergebnis der in 3 gezeigten Bewegungszustand Simulation nicht verändert. Indessen verändern sich zeitliche Veränderungen in einer als Ergebnisse der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation abgeleiteten Laserstrahlausgabe von der in 4 gezeigten zu denen in den 9 und 10 jeweils gezeigten.
Insbesondere wird für den Fall des in 7 gezeigten Werkstücks 8, wenn sich der Bearbeitungspunkt dem Punkt A annähernd, Wärme in einer größeren Quantität von dem Bearbeitungspunkt durch die Wärmeleitung des Werkstücks 8 abgestrahlt als die Quantität einer Wärmeabstrahlung in dem Fall des in 2 gezeigten Werkstücks 8. Somit wird eine Laserbearbeitungsbedingung zum Erhöhen einer Laserstrahlausgabe eingestellt, um eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt bei einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Der Fall des in 8 gezeigten Werkstücks 8 wird im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Werkstück 8 beschrieben. Wie in 10 gezeigt, beginnt Wärme einer größeren Quantität durch die Wärmeleitung eines dicken Abschnitts des Werkstücks 8 abgestrahlt zu werden, wenn der Bearbeitungspunkt sich dem Punkt A nähert. Nachdem der Bearbeitungspunkt sich zu einer Position bewegt hat, die zu dem dritten Abschnitt des Werkstücks 8 gehört, dauernd ein Zustand der erhöhten Quantität einer Wärmeabstrahlung an. In diesem Fall wird eine Laserbearbeitungsbedingung derart eingestellt, das eine Laserstrahlausgabe beginnt von einem Zeitpunkt um t 4 zuzunehmen und ein Zustand der erhöhten Laserstrahlausgabe dauert nach diesem Zeitpunkt zum Halten einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt bei der vorbestimmten Temperatur an.
Wie oben beschrieben, durch Ausführen der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation mittels der thermischen Fluid-Simulationseinheit 17 gemäß einem Ergebnis der Bewegungszustands Situation durch die Bewegungszustands Simulationseinheit 16, selbst wenn der Bearbeitungspunkt sich nicht bewegt, wenn die Stellung des Bearbeitungskopfs 9 während einer Laserbearbeitung an der äußeren Oberfläche des Werkstücks 8 mit einer einem rechten winkelgebogenen Oberfläche beispielsweise verändert wird, kann eine Laserbearbeitungsbedingung weiterhin zum Steuern einer Laserstrahlausgabe derart eingestellt werden, das ein übermäßiges Zunehmen in einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt verhindert wird. Zusätzlich, selbst für das sich in der Dicke verändernde Werkstück 8 beispielsweise, kann eine Laserstrahlausgabe weiterhin gesteuert werden, um eine stabile Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt zu erzielen.
Eine Laserstrahlausgabe kann durch Verändern eines Tastverhältnisses einer Pulsausgabe und verändern einer durchschnittlichen Laserstrahlausgabe anstelle eines verändern eines Spitzenwerts einer Laserstrahlausgabe verändert werden. Alternativ können sowohl ein Spitzenwert einer Laserstrahlausgabe und ein Tastverhältnis einer Pulsausgabe sicherlich verändert werden. Falls ein Erhöhen einer Laserstrahlausgabe durch die Leistungsfähigkeit der Laservorrichtung 2 verhindert wird usw., kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts anstelle einer Erhöhung einer Laserstrahlausgabe reduziert werden. Indessen, falls eine Sequenz einer Vielzahl von Zeitserien Laserbearbeitungsbedingung einstellbar sind, wird eine Laserbearbeitungsbedingung, die in einer minimalen Bearbeitungsdauer resultiert, vorzugsweise ausgewählt und eingestellt.
Nur ein Teil des Werkstücks 8 ist in jeder der 2, 7 und 8 gezeigt und ein zumindest einen Abschnitt des Werkstücks 8 enthaltender Bereich wurde als ein Ziel der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation beschrieben. Alternativ kann dieser Bereich das Werkstück 8 vollständig abdecken. Um einen thermischen Energiefluss von dem Werkstück 8 zu der Haltevorrichtungseinheit 15 usw. zu berücksichtigen, kann der vorstehende Bereich zumindest einen Teil der Haltevorrichtungseinheit 15 abdecken, obwohl dies eine Berechnungslast erhöht. In diesem Fall werden 3D CAD Daten, die die thermo-physikalischen Eigenschaften der Haltevorrichtungseinheit 15 zumindest innerhalb dieses Bereichs bestimmen, vorzugsweise durch die Datenerfassungseinheit 21 erfasst und werden die erfassten 3D CAD Daten vorzugsweise in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation verwendet.
Wie oben beschrieben ist ein Ausführen der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation effektiv. Indessen wird ein physikalischer Eigenschaftswert, der eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt, die zu einer hohen Temperatur extra poliert ist, als ein physikalischer Eigenschaftswert über das Werkstück 8 verwendet, der in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation verwendet wird, und ein Phasenübergang des Werkstücks 8 wird nicht berücksichtigt. Dies verursacht unausweichlich einen bestimmten Abweichungsgrad zwischen einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, berechnet aus der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, und einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung. Diesbezüglich, um die Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung an eine gewünschte Temperatur anzunähern, kann die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 Korrelationsdaten wie die, die in 11 gezeigt sind, Bezugnehmen, um eine vorbestimmte Ersatztemperatur, die in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation gewünscht ist, als einen Ersatz für eine gewünschte vorbestimmte Temperatur während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung zu bestimmen. Dann kann die Nicht-stationär Thermo-Fluid-Simulation ausgeführt werden. Die in 11 gezeigten Korrelationsdaten sind eine Sammlung von Daten über jedes Material des Werkstücks 8, die eine Korrelation zwischen der Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts angeben, der in einem Simulationsergebnis enthalten ist, das bei einer durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, und einer Temperatur bei einer zugehörigen Position, die während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung bei der Laserbearbeitungsbedingung gemessen ist. Diese Korrelationsdaten werden vorab in der thermischen Fluid-Simulationseinheit 17 gespeichert.
Während dies nicht ist, kann einen Temperatursensor, der zum Messen einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts während einer Laserbearbeitung verwendet wird, zum Sammeln der Korrelationsdaten das vorstehende Temperaturdetektionsmittel wie beispielsweise eine an dem Bearbeitungskopfs 9 angebrachte Wärmebildtechnik sein. Alternativ kann der Temperatursensor ein Temperaturdetektionsmittel wie beispielsweise eine befestigte Wärmebildtechnik sein oder kann ein Temperatursensor wie beispielsweise ein wärmeabhängiger Widerstand sein, der mit dem Werkstück 8 thermisch kontaktiert ist.
Ein Ergebnis der vorstehenden Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation oder ein Ergebnis eines Einstellens durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 kann als 3D Bilder oder Video auf der Anzeigeeinheit 22 angezeigt werden, um zu ermöglichen, dass das Simulationsergebnis oder die eingestellten Laserbearbeitungsbedingung überprüft werden. In diesem Fall kann eine Temperaturverteilung des Werkstücks 8 und die Bearbeitungslinie zusammen mit Farbbalken angezeigt und durch die Farbunterschiede erkannt werden.
Ein Beispiel einer bestimmten Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird als Nächstes unter Verwendung der 12A und 12B beschrieben. Die 12A und 12B sind Flussdiagramme, die ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Als Erstes, wenn das 3D Laserbearbeitungssystems 1, das in 1 gezeigt ist, damit beginnt die Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 1 zu beginnen, bestimmt das 3D Laserbearbeitungssystems 1, ob ein Laserbearbeitungsbedingung Einstellen Befehl bei der Befehlseingabeeinheit 20 der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 Banden ist (Schritt S101).
Falls es einen Laserbearbeitungsbedingung Einstellen Befehl gibt, wird eine Vorrichtung Information wie beispielsweise die Leistungsfähigkeit, die Spezifikationen usw. der Laservorrichtung 2 als ein Ziel einer Einstellung einer Laserbearbeitungsbedingung und der Betriebseinheit 3 in die Bearbeitungsbedingung einstellbar Steuereinheit 19 hauptsächlich von der Steuereinheit zwölfter Laservorrichtung 2 eingelesen. Weiter wird ein von der Befehlseingabeeinheit 20 befohlenen Laserbearbeitung Inhalt eingelesen (Schritt S102). Als Nächstes werden in Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 die 3D CAD Daten über das Werkstück 8, die thermo-physikalische Eigenschaften eines Materials bestimmen, und die 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf 9 von der Datenerfassungseinheit 21 in der CAD Daten-Speichereinheit 22 gelesen (Schritt S103).
Auf der Basis der ausgelesenen Vorrichtung Information, des Laserbearbeitung Inhalts und der in der CAD Daten-Speichereinheit 22 gespeicherten 3D CAD Daten bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob es eine Laserbearbeitungsbedingung gibt, die bereits vorab eingestellt und gespeichert ist, die genau dieselben Bedingungen für eine Vorrichtung, ein Werkstück und einen Laserbearbeitung Inhalts enthält (Schritt S104). Falls solch eine Laserbearbeitungsbedingung noch nicht eingestellt wurde, führt in Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 die Bewegungszustands Simulationseinheit 16 zuerst eine Simulation des Bewegungszustands des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 unter Verwendung der durch die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 ausgelesenen Vorrichtung Information des Laserbearbeitung Inhalts und der in der CAD Daten-Speichereinheit 22 gespeicherten 3D CAD Daten aus, um eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 zu erhalten, bei der einer Laserbearbeitung innerhalb einer minimalen Zeitperiode beendet werden kann (Schritt S105).
Als Nächstes bestimmt die Bearbeitungsbedingung einstellbar Steuereinheit 19 als ein Ergebnis der Bewegungszustand Simulation, ob der Bearbeitungskopfs 9 ohne behindern des Werkstücks Fach bewegt werden kann (Schritt S106). Falls die Behinderung auftreten wird, zeigt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 eine Warnung auf der Anzeige 23 an, die angibt, das die mögliche Behinderung durch den Bearbeitungskopf 9 des Werkstücks 8 eine Umsetzung einer befohlenen Laserbearbeitung blockiert (Schritt S107). Dann kehrt der Fluss zum Schritt S101 zurück, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitungsbedingung Einstellen Befehl eingegeben wird.
Als der Bearbeitungskopfs 9 als geeignet zum Verschieben ohne behindern des Werkstücks 8 im Schritt S106 bestimmt ist, bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 Korrelationsdaten über ein zugehöriges Material des Werkstücks 8 speichert, die eine Korrelation zwischen einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, gemessen während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung bei einer bestimmten Laserbearbeitungsbedingung, und einer Temperatur bei einer zugehörigen Position angibt, die als ein Ergebnis der bei derselben Laserbearbeitungsbedingung ausgeführten nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation erhalten ist (Schritt S108).
Falls die Korrelationsdaten als gespeichert im Schritt S108 bestimmt sind, nimmt die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 auf diese Korrelationsdaten Bezug, um eine vorbestimmte Temperatur zu ersetzen, die bei einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung mit einer vorbestimmten Temperatur gewünscht ist, die in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation gewünscht ist (vorbestimmte Ersatztemperatur) (Schritt S109). Dann stellt die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 eine Laserbearbeitungsbedingung durch berücksichtigen der durch die Bewegungszustands Simulationseinheit 16 erhaltenen Relativbewegungsbedingung ein (Schritt S110) und führt die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation (Schritt S111) aus. Indessen, falls in Schritt S108 bestimmt ist, das es keine gespeicherten Korrelationsdaten gibt, geht der Fluss direkt zu Schritt S110.
Als ein Ergebnis der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation in Schritt S111 bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob eine Differenz zwischen einer Temperatur in dem Simulationsergebnis und der vorbestimmten Temperatur eine vorbestimmte Differenz oder weniger durch eine gesamte Bearbeitungszone ist (Schritt S112). Falls diese Differenz als nichts unterhalb der vorbestimmten Differenz liegend bestimmt ist, stellt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 die Laserbearbeitungsbedingung durch Erhöhen einer Laserstrahlausgabe oder reduzieren der Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 für eine Bearbeitungszone ein, in der eine Temperatur in dem Simulationsergebnis geringer als die vorbestimmte Temperatur beispielsweise ist (Schritt S113). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S111 zurück.
Falls Sie Differenz zwischen der Temperatur in dem Simulationsergebnis und der vorbestimmten Temperatur als gleich der vorbestimmten Differenz oder weniger durch die gesamte Bearbeitungszone in Schritt S112 bestimmt ist, stellt die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eine Laserbearbeitungsbedingung ein, die eine Bewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 vorab enthält, auf der Basis der durch die Bewegungszustands Simulationseinheit 16 und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 erhaltenen Simulationsergebnisse (Schritt S114). Die Steuereinheit 12 bestimmt, ob es einen Befehl zum Beginnen einer Laserbearbeitung gibt (Schritt S115). Falls in Schritt S104 bestimmt ist, der zuvor ausgeführt wurde, das es eine bereits eingestellte und gespeicherte vorherige Laserbearbeitungsbedingung gibt, die genau dieselben Bedingungen für eine Vorrichtung, ein Werkstück und einen Laserbearbeitung Inhalt enthält, geht der Fluss direkt Schritt S115.
Falls in Schritt S115 bestimmt ist, das es einen Befehl zum Beginnen einer Laserbearbeitung gibt, liest die Steuereinheit 12 die vorab eingestellte Bearbeitungsbedingung von der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 aus und gibt einen Befehl an jede Einheit in der Laservorrichtung 2 oder jede Einheit in der Betriebseinheit 3 auf der Basis der ausgelesenen Laserbearbeitungsbedingung aus. In Reaktion darauf beginnt die Laservorrichtung 2 mit einer Laserbearbeitung (Schritt S116). Wenn eine Laserbearbeitung gestartet wird, überprüft die Steuereinheit 12, um zu bestimmen, ob die Qualität eines Rückstrahls reduziert werden muss, auf der Basis eines durch das Fotodetektionsmittel 11 erhaltenen Ergebnisses einer Detektion des Rückstrahls (Schritt S117).
Falls in Schritt S117 bestimmt ist, das die Quantität des Rückstrahls ein zulässiges Niveau überschreitet, reduziert die Steuereinheit 12 eine Laserstrahlausgabe 100 reduziert weiter die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 zum Reduzieren der Qualität des Zurückstrahls, um eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts Sonar wie möglich an der vorbestimmten Temperatur beispielsweise zu halten. Auf diese Weise kompensiert die Steuereinheit 12 die Laserbearbeitungsbedingung (Schritt S118). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S117 zurück.
Indessen, falls in Schritt S117 bestimmt ist, das die Quantität des Rückstrahls das zulässiges Niveau nicht überschreitet, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Abstand von der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem durch das Entfernungsmessmittel gemessenen Bearbeitungspunkt in Bezug auf die vorab eingestellte Laserbearbeitungsbedingung normal ist (Schritt S119). Falls der Abstand als nicht normal im Schritt S119 bestimmt ist, kompensiert die Steuereinheit 12 die Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 auf der Basis des durch das Entfernungsmessmittel erhaltenen Messergebnisses, um einen vorbestimmten Abstand zu erzielen (Schritt S120). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S117 zurück. Falls der Abstand als normal im Schritt S119 bestimmt ist, bestimmt die Steuereinheit 12, ob eine Temperatur des Bearbeitungspunkts oder eine Oberflächentemperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, detektiert durch das Temperaturdetektionsmittel, nicht von einer Temperatur abweicht, die bei einer zugehörigen Position vorhergesagt ist, die in dem bei der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, und zwar von der vorbestimmten Temperatur, und somit ist die detektierte Temperatur normal (Schritt S121).
Falls die detektierte Temperatur als nicht normal in Schritt S121 bestimmt ist, und falls die detektierte Temperatur geringer als die vorbestimmte Temperatur beispielsweise ist, erhöht die Steuereinheit 12 eine Laserstrahlausgabe oder reduziert die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 beispielsweise. Auf diese Weise kompensiert die Steuereinheit 12 zumindest einen Teil der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung (Schritt S122). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S117 zurück.
Falls die detektierte Temperatur als normal in Schritt S121 bestimmt ist, bestimmt die Steuereinheit 12, ob die befohlenen Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S123). Falls die Laserbearbeitung als nicht beendet bestimmt ist, kehrt die Steuereinheit 12 zu Schritt S117 zurück und fährt mit der Laserbearbeitung fort. Indessen, falls die Bearbeitung als beendet bestimmt ist, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Befehl zum Anhalten eines Verschiebens des 3D Laserbearbeitungssystems 1 ausgegeben wurde (Schritt S124). Falls der Anhaltebefehl nicht ausgegeben wurde, kehrt die Steuereinheit 12 zu dem Schritt S101 zurück und wartet auf eine Eingabe eines Laserbearbeitungsbedingung einstellt Befehls. Falls der Anhaltebefehl ausgegeben wurde, beendet die Steuereinheit 12 die Verschiebung des 3D Laserbearbeitungssystems 1.
Wie oben beschrieben, in Reaktion auf die Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 1 der ersten Ausführungsform gemäß den Schritten S101 bis S124 kann eine Laserbearbeitungsbedingung, von der ein positives Bearbeitungsergebnis erwartet wird, ohne eine menschliche Intervention eingestellt werden und kann das 3 Bälle Laserbearbeitungssystem 1 realisiert werden, selbst für das Werkstück 8 mit einer komplizierten 3D Struktur.
<Zweite Ausführungsform>
13 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein 3D Laserbearbeitungssystem 100 der zweiten Ausführungsform, gezeigt in 13, unterscheidet sich von dem 3D Laserbearbeitungssystem 1 der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, darin, das des 3D Laserbearbeitungssystem 100 zusätzlich eine Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 umfasst, und das Entfernungsmessmittel 25 und Temperaturdetektionsmittel 26, die in 1 nicht gezeigt sind, als an dem Bearbeitungskopf 9 angebracht gezeigt sind.
Die Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 speichert eine optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung die im Wesentlichen optimal für eine Werkstückbedingung ist, die für jede Art von Laserbearbeitung vorbereitet ist von zumindest ein Material und eine Dicke über ein plattenartiges Werkstück enthält. Die optimal erfasste Laserbearbeitungsbedingung enthält Laserbearbeitung Bedingungen, die zumindest eine Laserstrahlausgabe, eine Relativbewegungsgeschwindigkeit eines Bearbeitungspunkt relativ zu dem plattenartigen Werkstück und einen Abstand zwischen einer Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf einer Seite der Laserstrahlausgabe und einem Bearbeitungspunkt umfasst.
Wie oben beschrieben umfasst das Entfernungsmessmittel 25 beispielsweise einen Laserentfernungsmesssensor, der zum Messen eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt geeignet ist, ohne beispielsweise das Werkstück 8 zu kontaktieren. Wie oben beschrieben, umfasst das Temperaturdetektionsmittel 26 beispielsweise eine Wärmebildtechnik, die zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem entlang einer Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung verschobenen Bearbeitungspunkt und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, ohne das Werkstück 8 beispielsweise zu kontaktieren.
zahlreiche Parameter betreffend eine Laserbearbeitung. Diese Parameter umfassen: Parameter für eine Laseroszillation Bedingungen wie beispielsweise eine Wellenlänge, eine Ausgabe, ein Modus, eine Strahlqualität, eine Ausgangs Wellenform, eine Frequenz und ein Tastverhältnis für eine Puls Oszillation; Parameter für eine Bestrahlungsbedingung wie beispielsweise einen F-Wert eines Fokus Optiksystems, Positionen eines Laserstrahl Fokuspunkts und einer Bearbeitungsoberfläche relativ zueinander, einen Winkel einer Bestrahlung der Bearbeitungsoberfläche mit einem Laserstrahl, eine Leistungsdichte, eine Leistungspflichten Verteilung, eine Bedingung zum Zuführen von Prozessgas oder Schutzgas; Parameter für eine Bearbeitungsbedingung wie beispielsweise eine Verarbeitungsgeschwindigkeit, eine Bearbeitungsatmosphäre und ein Werkstückmaterial; und Parameter für einen Typ, ein Verfahren und zweiter einer Laserbearbeitung wie beispielsweise ein Werkstück, schneiden, schweißen, abschrecken, verkleiden, löten, locken und markieren. Somit kann ein Verwenden von lediglich der Korrelationsdaten usw. zum Einstellen einer Laserbearbeitungsbedingung wie in dem 3D Laserbearbeitungssystem 1 der ersten Ausführungsform es schwierig gestalten, alle Parameter zu optimieren.
Diesbezüglich speichert in der zweiten Ausführungsform die Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 eine Laserbearbeitungsbedingung, bei der im Wesentlichen alle Parameter für unterschiedliche Dicken von plattenartigen Werkstücken für jede Art von Laserbearbeitung und für entsprechende Materialien der plattenartigen Werkstücke optimiert sind. Bezüglich zumindest einer partiellen bestimmten Zone einer Zone, in der eine bei dem Werkstück 8 eingestellte Bearbeitungslinie eine lineare Form aufweist und das Werkstück 8 eine konstante Dicke entlang der Bearbeitungslinie aufweist, stellt die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18, aus den in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 gespeicherten optimalen Laserbearbeitung Bedingungen, eine optimale Laserbearbeitungsbedingung ein, die mit einer Art einer Laserbearbeitung und einer Werkstückbedingung übereinstimmt. Dies ermöglicht es, das die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eine bereits bekannte optimale Laserbearbeitungsbedingung für zumindest eine zugehörige bestimmte Zone einstellt.
Bei einem Fehlen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung mit vollständig übereinstimmenden Bedingungen wie beispielsweise in Fällen, bei denen die Dicke des Werkstücks 8 sich von den in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 gespeicherten Laserbearbeitung Bedingungen unterscheidet, kann eine angenäherte optimale Laserbearbeitungsbedingung durch ein Interpolationsverfahren oder ein Extrapolationsverfahren aus 2 nächsten optimalen Laserbearbeitung Bedingungen bestimmt werden, die zu gespeicherten optimalen Laserbearbeitung Bedingungen gehören, und eine Laserbearbeitung kann auf der bestimmten Zone mittels der angenäherten optimalen Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt werden.
Bezüglich einer Zone der Bearbeitungslinie außer der bestimmten Zone wird die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation unter Verwendung einer vorbestimmten Temperatur wiederholt, die eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts ist, erhalten als ein Ergebnis einer Umsetzung der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation bei der Bedingung, bei der eine Laserbearbeitung bei der optimalen Laserbearbeitungsbedingung oder der angenäherten optimalen Laserbearbeitungsbedingung umgesetzt wurde, die für die bestimmte Zone eingestellt ist. Dadurch wird eine Laserbearbeitungsbedingung zum Bereitstellen eines Simulationsergebnisses, das die Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei der vorbestimmten Temperatur ist, bestimmt und durch Einstellen der bestimmten Laserbearbeitungsbedingung wird ein positives Laserbearbeitung Ergebnis erwartet, selbst in den Zonen außerhalb der bestimmten Zone. Falls es eine Vielzahl von bestimmten Zonen mit unterschiedlichen optimalen Bearbeitungsbedingung gibt, kann eine Laserbearbeitungsbedingung für eine Zone zwischen 2 bestimmten Zonen eingestellt werden, um kontinuierlich entlang einer Verschiebung des Bearbeitungspunkts von einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung für eine der bestimmten Zonen zu einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung für die andere bestimmte Zone verändert zu werden.
In der zweiten Ausführungsform ist das Temperaturdetektionsmittel 20 ebenso vorgesehen, das zum Detektieren von zumindest einer Temperatur des Bearbeitungspunkts, der sich entlang einer Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung bewegt, und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, ohne beispielsweise das Werkstück 8 zu kontaktieren. Falls eine Temperaturdifferenz gleich oder über einer vorbestimmten Differenz zwischen einer detektierten Temperatur, die durch das Temperaturdetektionsmittel 26 zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung an dem Werkstück 8 detektiert ist, die bei einer durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird, und einer vorhergesagten Temperatur, in der zweiten Ausführungsform, einer vorhergesagten Temperatur, die bei einer zugehörigen Position, die in einem bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, auftritt, kann die Laserbearbeitung bei einer Laserbearbeitungsbedingung fortgeführt werden, die durch kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung vorbereitet ist, bei einem Befehl von der Steuereinheit 12 in Reaktion auf das Auftreten einer Temperaturdifferenz.
Ein Beispiel einer bestimmten Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 100 gemäß der zweiten Ausführungsform wird unter Verwendung der 14A und 14B als Nächstes beschrieben. Die 14A und 14B sind Flussdiagramme, die ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 100 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die in den 14 und 14 B gezeigten Flussdiagramme unterscheiden sich von den in den 12A und 12B gezeigten Flussdiagrammen darin, dass die Schritte S108 bis S110 in dem Flussdiagramm aus 12A mit Schritten S208 bis S211 in 14A ersetzt sind, somit sind die Schritte S201 bis S207 und die Schritte S212 bis S2 der 25 in den 14 und 14 B identisch zu den Schritten S101 bis S107 und den Schritten 5111 bis S124 in den 12A und 12B.
Die Bewegungen von dem Schritt S108 bis zu dem Schritt S110 in dem Flussdiagramm aus 12A sind wie folgt. Die Bearbeitungsbedingung muss ein stell Steuereinheit 19 bestimmt, ob die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 Korrelationsdaten speichert (Schritt S108) falls die Korrelationsdaten gespeichert sind, nimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 Bezug auf die Korrelationsdaten, um eine vorbestimmte Temperatur zu ersetzen, die bei einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung mit einer vorbestimmten Temperatur gewünscht ist, die in der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation gewünscht ist (vorbestimmte Ersatztemperatur) (Schritt S109). Dann wird eine Laserbearbeitungsbedingung vorläufig unter Berücksichtigung der durch die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 erhaltenen Relativbewegungsbedingung eingestellt (Schritt S110). Falls im Schritt S108 bestimmt ist, das es keine gespeicherten Korrelationsdaten gibt, geht der Fluss direkt zu Schritt S110.
im Gegensatz dazu sind Bewegungen von dem Schritt S208 bis zu dem Schritt S211 in dem Flussdiagramm aus 14A wie folgt. Zuerst bestimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19, ob die Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 eine optimale Laserbearbeitungsbedingung enthält, die übereinstimmenden Bedingungen in Bezug auf sowohl eine Art einer Laserbearbeitung als auch eine Werkstückbedingung bestimmt (Schritt S208). Falls die diese übereinstimmenden Bedingungen bestimmende optimale Laserbearbeitungsbedingung als gespeichert bestimmt ist, stellt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 optimale Laserbearbeitungsbedingung, die die übereinstimmende Art einer Laserbearbeitung und die übereinstimmende Werkstücksbedingung bestimmt, für eine bestimmte Zone ein (Schritt S209) und stellt eine Laserbearbeitungsbedingung für eine nicht-bestimmte Zone ein, für die eine Laserbearbeitungsbedingung nicht eingestellt wurde (Schritt S211). Indessen, falls die optimale Laserbearbeitungsbedingung, die die vorstehenden übereinstimmenden Bedingungen bestimmt, als nicht gespeichert in Schritt S208 bestimmt, stellt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 eine angenäherte optimale Laserbearbeitungsbedingung für die bestimmte Zone ein (Schritt S210). Wie oben beschrieben wird diese angenäherte optimale Laserbearbeitungsbedingung durch ein Interpolationsverfahren oder ein Extrapolationsverfahren von 2 nächsten optimalen Laserbearbeitung Bedingungen bestimmt, die zu gespeicherten optimalen Laserbearbeitung Bedingungen gehören. Dann geht der Fluss zu Schritt S211.
In Reaktion auf die Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 100 der zweiten Ausführungsform gemäß den Schritten S201 bis S225, wird der nachstehende Effekt zusätzlich zu dem durch das 3D Laserbearbeitungssystems 1 der ersten Ausführungsform erzielten Effekt erzielt. Bezüglich einer Bedingung, die mit einer Bedingung in einer in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit 24 gespeicherten optimalen Laserbearbeitungsbedingung übereinstimmt, kann ein positives Bearbeitungsergebnis zuverlässiger erzielt werden. Für eine benachbarte Zone bei einer nahen Werkstückbedingung kann eine Laserbearbeitungsbedingung einfach eingestellt werden, die sehr wahrscheinlich ein positives Bearbeitungsergebnis erzielen wird.
<Dritte Ausführungsform>
15 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleich zu dem 3D Laserbearbeitungssystems 1 der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, umfasst ein 3D Laserbearbeitungssystem 200 der dritten Ausführungsform weiter ein Entfernungsmessmittel 25, Temperaturdetektionsmittel 26 und eine erste Maschinenlernvorrichtung 28.
Wie oben beschrieben, umfasst das Entfernungsmessmittel 25 beispielsweise einen Laser Entfernungsmessung Sensor, der zum Messen eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt geeignet ist, ohne das Werkstück 8 beispielsweise zu kontaktieren. Wie oben beschrieben umfasst das Temperaturdetektionsmittel 26 beispielsweise eine Wärmebildtechnik, die zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, der entlang einer Bearbeitungsbedingung während einer Laserbearbeitung verschoben wird, und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks 8 in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, ohne beispielsweise das Werkstück 8 zu kontaktieren.
Die erste Maschinenlernvorrichtung 28 umfasst eine erste Zustandsbeobachtungseinheit 29, eine Kennzeichnung Erfassungseinheit 30 und eine erste Lerneinheit 31.die erste Zustandsbeobachtungeinheit 29 empfängt Zustandsdaten über das 3D Laserbearbeitungssystem 200 als Eingangsdaten, die eine durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und ein bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenes Simulationsergebnis enthalten. Die Kennzeichen Erfassungseinheit 30 erfasst zeitliche Veränderungsdaten über eine durch das Reparaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur als ein zu Antwortdaten gehöriges Kennzeichen. Die erste Lerneinheit 31 empfängt eine große Anzahl von Paaren der Eingangsdaten und der Kennzeichen, um eine Beziehung zwischen den Eingangsdaten und dem Kennzeichen zu erlernen.
Die erste Lerneinheit 31 umfasst eine Fehler Berechnung einer 32 und eine Lernmodellaktualisierungseinheit 33 beispielsweise. Die Fehlerberechnungseinheit 32 berechnet einen Fehler zwischen einer Ausgabe von einem Lernmodell in Reaktion auf die Eingangsdaten und das vorstehende Kennzeichen. Die Lernmodellaktualisierungseinheit 33 aktualisiert das Lernmodellen Reaktion auf den durch die Fehlerberechnungseinheit 32 berechneten Fehler. Auf diese Weise kann die erste Lerneinheit 31 ein Lernen betreiben. Wenn das Lernen betrieben wird, wird die erste Lerneinheit 31 dazu geeignet, zeitliche Veränderungsdaten über ein durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur relativ zu Eingangsdaten vorherzusagen, die neu eingegeben sind, unter Verwendung eines Ergebnisses des Lernens. Die zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch die erste Lerneinheit 31 vorhergesagte Temperatur wird in die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 eingegeben. Dann nimmt die Bearbeitungsbedingung ein Stellvorrichtung 4 Bezug auf die zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch die erste Lerneinheit 31 vorhergesagte Temperatur, um die Laserbearbeitungsbedingung vorherzusagen.
Ein Beispiel einer bestimmten Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 200 gemäß der dritten Ausführungsform wird unter Verwendung der 16A bis 16D als Nächstes beschrieben. Die 16A bis 16D sind Flussdiagramme, die ein Beispiel der Bewegung des in 15 gezeigten 3D Laserbearbeitungssystems zeigen. Wenn das 3D Laserbearbeitungssystem 200 gestartet wird, bestimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19, ob ein Befehl zum Umsetzen einer Laserbearbeitung ausgegeben wurde (Schritt S301). Falls der Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl ausgegeben wurde, liest die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 eine Vorrichtung Information wie beispielsweise die Leistungsfähigkeit, Spezifikationen usw. der Laservorrichtung 2 als ein Ziel zum Einstellen einer Laserbearbeitungsbedingung und der Betriebseinheit 3 hauptsächlich von der Steuereinheit 12 der Laservorrichtung 2 ein. Weiter liest die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 einen von der Befehlseingabeeinheit 20 befohlenen Laserbearbeitung Inhalt ein (Schritt S302).
In Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingung muss ein stell Steuereinheit 19 werden die 3D CAD Daten über das Werkstück 8, die thermo-physikalische Eigenschaften eines Materials bestimmen, und die 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf 9 von der Datenerfassungseinheit 21 in die CAD Daten-Speichereinheit 22 (Schritt S303). Als Nächstes führt in Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingung 1 stell Steuereinheit 19 die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 zuerst eine Simulation des Bewegungszustand des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 unter Verwendung der Vorrichtung Information und des Laserbearbeitung Inhalts, gelesen in die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19, und der 3D CAD Daten über das Werkstück 8 und den Bearbeitungskopf 9, gespeichert in der CAD Daten-Speichereinheit 22, aus, um eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 zu erhalten, bei der eine Laserbearbeitung innerhalb einer minimalen Zeitperiode beendet werden kann (Schritt S304).
Die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 bestimmt als ein Ergebnis der Bewegungszustand Simulation, ob der Bearbeitungskopfs 9 verschoben werden kann, ohne das Werkstück 8 zu behindern (Schritt S305). Falls der Bearbeitungskopfs 9 als durch das Werkstück 8 behindert im Schritt S305 bestimmt ist, zeigt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 einen Hinweis auf der Anzeigeeinheit 22 an, der angibt, das die mögliche Behinderung durch den Bearbeitungskopf 9 des Werkstücks 8 eine Umsetzung einer befohlenen Laserbearbeitung blockiert (Schritt S306). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S301 zurück, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl eingegeben wird.
Falls der Bearbeitungskopfs 9 als zum Verschieben ohne Behinderung des Werkstücks 8 in Schritt S305 bestimmt ist, führt die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation aus (Schritt S307). Die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 wiederholt die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation, bis eine Laserbearbeitungsbedingung erhalten wird, bei der eine zeitliche Veränderung in einer durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierten Temperatur eine gewünschte Temperaturänderung während einer Umsetzung einer Laserbearbeitung wird, und zwar, in der dritten Ausführungsform, bis ein Simulationsergebnis erhalten wird, das angibt, das eine durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur nahe an einer vorbestimmten Temperatur in den entsprechenden Bearbeitungszonen während einer Umsetzung der Laserbearbeitung ist, wodurch eine Laserbearbeitungsbedingung vorläufig bestimmt ist (Schritt S308) .
Als Nächstes bestimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19, ob ein in der Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 gespeichertes gelerntes Kennzeichen Aus ist, wodurch bestimmt wird, ob ein Lernen durch die erste Lerneinheit 31 ausreichend betrieben wurde (Schritt S309, zu. Das gelernte Kennzeichen, das Aus ist, bezeichnet, dass das Lernen durch die erste Lerneinheit 31 nicht ausreichend betrieben wurde. In diesem Fall, in Reaktion auf einen Befehl von der Steuereinheit 12, beginnt die Laservorrichtung 2 mit einer Laserbearbeitung bei der Laserbearbeitungsbedingung, die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 vorläufig bestimmt wurde, auf der Basis des Simulationsergebnisses (Schritt S310) .
Während einer Umsetzung der Laserbearbeitung wird eine dauerhafte Überprüfung umgesetzt, um zu bestimmen, ob es ein detektiertes unregelmäßiges Signal gibt, unter Verwendung beispielsweise des Fotodetektionseinheit als 11 (Schritt S311). Falls ein unregelmäßiges Signal detektiert wird, kompensiert die Steuereinheit 12 die Laserbearbeitungsbedingung (Schritt S312) und fährt mit der Laserbearbeitung fort die Details des Schritts S311 und des Schritts S312 korrespondierend zu denen der Schritte S117 bis S122 in dem Flussdiagramm aus 12B oder zu denen der Schritte S218 bis S223 in dem Flussdiagramm aus 14B. Allerdings werden in den Flussdiagrammen aus den 16A bis 16D ähnliche Bewegungen in 3 Stufen (Schritt S311 und Schritt S312, Schritt S333 und Schritt S334 und Schritt S343 und Schritt S344) ausgeführt. Somit werden diese Bewegungen kurz als 2 Schritte beschrieben.
Während einer Umsetzung der Laserbearbeitung beobachtet die erste Zustandsbeobachtungseinheit 29 Zustandsdaten über das 3D Laserbearbeitungssystem 200, das die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und ein bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenes Simulationsergebnis enthalten (Schritt S313). Als Nächstes gibt die erste Zustandsbeobachtung 129 die beobachteten Zustandsdaten als Eingabedaten an die erste Lerneinheit 31 aus (Schritt S314). Die Leber Erfassungseinheit 30 erfasst zeitliche Veränderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur als Antwortdaten (Schritt S315). Weiter gibt die Labelerfassungseinheit 30 die Antwortdaten als ein Label (Kennzeichen) an die erste Lerneinheit 31 aus (Schritt S316).
Als Nächstes bestimmt die erste Lerneinheit 31, ob ein Lernmodell, das eine Funktion zum Wiedergeben eines Labels aus den Eingangsdaten ist, bereits gebildet wurde (Schritt S317). Als das Lernmodell als bereits gebildet bestimmt ist, berechnet die Fehlerberechnung seiner 32 einen Fehler zwischen einer Ausgabe von dem Lernmodellen Reaktion auf die Eingangsdaten und dem Label für die entsprechenden Bearbeitungszonen beispielsweise (Schritt S318). Dann aktualisiert die Lernmodellaktualisierungseinheit 33 das Lernmodellen Reaktion auf den durch die Fehlerberechnung seiner 32 berechneten Fehler (Schritt S320).
Als Nächstes bestimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19, ob ein gleitender Durchschnitt der durch die Fehler Berechnung einer 32 berechneten Fehler geringer als ein gewünschter Wert ist (Schritt S321). Falls der gleitende Durchschnitt der Fehler als geringer als der bestimmte Wert bestimmt ist, wird das Lernen durch die erste Lerneinheit 31 als ausreichend betrieben bestimmt, und die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 schaltet das gespeicherte gelernte Kennzeichen auf Ein (Schritt S322). Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 12, ob die befohlenen Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S323). Falls die Laserbearbeitung nicht beendet ist, kehrt der Fluss zu Schritt S311 zurück, um die Laserbearbeitung fortzuführen. Falls Laserbearbeitung beendet ist, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Verschiebung Anhaltebefehl für das 3D Laserbearbeitungssystem 200 ausgegeben wurde (Schritt S346). Falls der Verschiebung Anhaltebefehl ausgegeben wurde, beendet die Steuereinheit 12 die Verschiebung des 3D Laserbearbeitungssystems 200. Falls der Verschiebung Anhaltebefehl noch nicht ausgegeben wurde, kehrt der Fluss zu Schritt S301 zurück, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl in die Befehlseingabeeinheit 20 eingegeben wird.
Falls das Lernmodell als nichts bereits gebildet im Schritt S317 bestimmt ist, beobachtet die erste Lerneinheit 31 eine Beziehung zwischen den Eingangsdaten und dem Label, um einen Anfangsmodell für das Lernmodell zu bilden (Schritt S319). Dann geht der Fluss zu Schritt S323. Falls der gleitende Durchschnitt der durch die Fehlerberechnungseinheit 32 berechneten Fehler als den gewünschten Wert überschreitend in Schritt - S321 bestimmt ist, geht der Fluss weiter direkt zu Schritt S323.
Wie oben beschrieben werden die Bewegungen von Schritt S301 bis Schritt S3 und 21 wiederholt, bis das gelernte Kennzeichen Ein geschaltet wird. Die erste Lerneinheit 31 betreibt das Lernen durch Wiederholen dieser Bewegungen.
Falls das gelernte Kennzeichen als Ein in Schritt S309 bestimmt wird, geht der Fluss zu einem Prozess zum Vorhersagen von Antwortdaten zu Eingangsdaten, die neu eingegeben werden, unter Verwendung eines Ergebnisses des Lernens. Die erste Zustandsbeobachtungeinheit 29 beobachteten Zustandsdaten über das 3D Laserbearbeitungssystem 200, die die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und ein bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenes Simulationsergebnis enthalten (Schritt S324). Als Nächstes gibt die erste Zustandsbeobachtungeinheit 29 die beobachteten Zustandsdaten als Eingangsdaten an die erste Lerneinheit 31 aus (Schritt S325).
Die erste Lerneinheit 31 sagt zeitliche Veränderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur voraus, wenn eine Laserbearbeitung bei der Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird, mittels dem Lernmodell als ein Lernergebnis (Schritt S326). Die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 vergleicht die zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch die erste Lerneinheit 31 vorhergesagte Temperatur und zeitliche Veränderungsdaten über eine gewünschte Temperatur zum Erhalten eines positiven Laserbearbeitung Ergebnisses für die entsprechenden Bearbeitungszonen und bestimmt, ob eine Differenz zwischen der vorhergesagten Temperatur und der gewünschten Temperatur geringer als eine vorbestimmte Differenz ist (Schritt S327).
Als die Differenzen zwischen den vorhergesagten Temperaturen und der gewünschten Temperatur als geringer als die vorbestimmte Differenz in allen Bearbeitungszonen bestimmt sind, bestimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung als eine Laserbearbeitungsbedingung, die tatsächlich für eine Laserbearbeitung zu verwenden ist, auf Schritt S328). Falls das Vorhandensein einer Bearbeitungszone bestimmt ist, bei der die Differenz zwischen der vorhergesagten Temperatur und der gewünschten Temperatur die vorbestimmte Differenz überschreitet, nimmt die Bearbeitungsbedingung ein stell Steuereinheit 19 auf die zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch die erste Lerneinheit 31 vorhergesagte Temperaturbezug, um die Laserbearbeitungsbedingung einzustellen (Schritt S329). Die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 führt die nicht-stationäre Thermo-Fluid Simulation bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung aus (Schritt S330). Dann kehrt der Fluss zu Schritt S324 zurück. Auf diese Weise kann die Laserbearbeitungsbedingung eingestellt werden, bei der die Differenzen zwischen den vorhergesagten Temperaturen und der gewünschten Temperatur geringer als die vorbestimmte Differenz in allen Bearbeitungszonen sind.
Nachdem die Laserbearbeitungsbedingung in Schritt S328 bestimmt ist wird das Vorhandensein oder das Fehlen eines Befehls zum Fortführen eines Lernens zum Verbessern einer Vorhersagegenauigkeit bei der ersten Lerneinheit 31 bestimmt (Schritt S331). Falls der Befehl zum Fortführen eines Lernens als ausgegeben bestimmt ist, durch umsetzen der Bewegungen von Schritt S332 bis Schritt S334 durch die Steuereinheit 12 ebenso wie die Bewegungen von Schritt S335 bis Schritt S42 durch die erste Maschinenlernvorrichtung 28, kann eine Laserbearbeitungsbedingung unter Verwendung eines Ergebnisses des Lernens durch die erste Lerneinheit 31 bestimmt werden und kann die erste Lerneinheit 31 das Lernen fortführen, während die Laserbearbeitung ausgeführt wird. Die Bewegungen von Schritt S332 bis Schritt S340 gehören zu dem Bewegungen von Schritt S310 bis Schritt S320, die zuvor ausgeführt wurden, mit der einzigen Ausnahme, das Schritt S314 und Schritt S319, die Eliten eines Lernmodells betreffen ausgelassen werden.
Nachdem die Lernmodellaktualisierungseinheit 33 das Lernmodell in Schritt S340 in Reaktion auf den durch die Fehler Berechnung einer 32 berechneten Fehler aktualisiert, bestimmt die Steuereinheit 12, ob die befohlenen Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S341). Falls die Laserbearbeitung als nicht beendet bestimmt ist, kehrt der Fluss zu Schritt S333 zurück, um die Laserbearbeitung fortzuführen. Falls Sie Laserbearbeitung als beendet bestimmt ist, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Verschiebung Anhaltebefehl für das 3D Laserbearbeitungssystem 200 ausgegeben wurde (Schritt S346). Falls der Verschiebung Anhaltebefehl als ausgegeben bestimmt wird, wird die Verschiebung beendet. Falls der Verschiebung Anhaltebefehl als nicht ausgegeben bestimmt wird, kehrt der Fluss zu Schritt S301 zurück, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl in die Befehlseingabeeinheit 20 eingegeben wird.
Falls der Befehl zum fortführen des Lernens als nicht ausgegeben in Schritt S331 bestimmt wird, beginnt die Laservorrichtung 2 mit einer Laserbearbeitung in Reaktion auf einen Befehl von der Steuereinheit 12 (Schritt S342). Nachdem die Laserbearbeitung gestartet ist, wird eine dauerhafte Überprüfung umgesetzt, um zu bestimmen, ob es ein detektiertes unregelmäßiges Signal gibt, Beispiel weist unter Verwendung des Fotodetektion mittels 11 (Schritt S343). Falls ein unregelmäßiges Signal detektiert wird, wird die Laserbearbeitungsbedingung kompensiert (Schritt S344). Bis die befohlenen Laserbearbeitung als beendet in Schritt S345 bestimmt wird, kehrt der Fluss zu Schritt S343 zurück und die Laserbearbeitung wird fortgeführt. Falls ein unregelmäßiges Signal nicht in Schritt S343 bestimmt wird, nachdem diese Laserbearbeitung als beendet im Nachfolgenden Schritt S345 bestimmt wird, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Verschiebung Anhaltebefehl für das 3D Laserbearbeitungssystem 200 ausgegeben wurde (Schritt S346). Falls der Verschiebung Anhaltebefehl ausgegeben wurde, beendet die Steuereinheit 12 die Verschiebung des 3D Laserbearbeitungssystems 200. Falls der Verschiebung Anhaltebefehl noch nicht ausgegeben wurde, kehrt der Fluss zu Schritt S301 zurück, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl in die Befehlseingabeeinheit 20 eingegeben wird.
Wie oben beschrieben, wird die nicht-stationäre Thermo-Fluid Simulation wiederholt, bis die Differenzen zwischen den vorhergesagten Temperaturen und der gewünschten Temperatur geringer als die vorbestimmte Differenz in allen Bearbeitungszonen in Schritt S327 werden. Dies ermöglicht es, das die Bearbeitungsbedingung einzelne Vorrichtung 4 die Laserbearbeitungsbedingung derart einstellt, das zeitliche Veränderungsdaten über eine Temperatur mit dem Plan übereinstimmen. Somit wird das 3D Laserbearbeitungssystem 200 der dritten Ausführungsform dazu geeignet eine Laserbearbeitung auszuführen, selbst an dem Werkstück 8 mit einer komplizierten Form, während eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer geplanten Temperatur gehalten wird. Die erste Maschinenlernvorrichtung 28 der dritten Ausführungsform beobachtet sowohl eine Laserbearbeitungsbedingung als auch ein Simulationsergebnis, das bei der Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, als Zustandsdaten. Auf diese Weise wird das Simulationsergebnis als ein Hinweis verwendet. Dies ermöglicht es, das Einlernen vergleichsweise einfach für eine Vorhersage von zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel 26 detektierte Temperatur betrieben wird, bei einer neuen Laserbearbeitungsbedingung, im Vergleich zu einem Fall, bei dem das Simulationsergebnis nicht als Zustandsdaten beobachtet wird.
In der dritten Ausführungsform, wie oben beschrieben, wird die Bewegung zum Kompensieren einer Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf eine Detektion eines unregelmäßigen Signals kurz erläutert Schritt S311 von Schritt S312, Schritt S333 und Schritt S3 134 und Schritt S3 43 und Schritt S344. Indessen, wie bei den Bewegungen vom Schritt S117 bis Schritt S122 in dem Flussdiagramm aus 12B oder denen von Schritt S218 bis Schritt S2 23 in dem Flussdiagramm aus 14B, falls bestimmt wird, das die Quantität eines durch das Fotodetektionsmittel 11 detektierten Rückstrahls ein zulässiges Niveau überschreitet, falls ein Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 9 und dem Bearbeitungspunkt, gemessen durch das Entfernungsmessmittel 25, von einem vorbestimmten Abstand abweicht, oder falls eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Oberflächentemperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, detektiert durch das Temperaturdetektion 26, von einer aus einem Simulationsergebnis während einer Laserbearbeitung vorhergesagten Temperatur abweicht, wird ebenso in der dritten Ausführungsform bevorzugt, das eine vorab eingestellte Laserbearbeitungsbedingung zumindest teilweise kompensiert wird und eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortgeführt wird.
Selbst wenn eine Bearbeitung bei einer eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird und dann durch Bezugnahme auf zeitliche Veränderungsdaten über ein durch die erste Lerneinheit 31 vorhergesagte Temperatur bestimmt wird, ist eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Oberflächentemperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, detektiert durch das Temperaturdetektionsmittel 26, weiterhin wahrscheinlich sich von der vorhergesagten Temperatur zu unterscheiden. Dies tritt auf, falls Einlernen durch die erste Lerneinheit 31 unzureichend ist. Selbst wenn das Lernen durch die erste Lerneinheit 31 ausreichend betrieben wurde, tritt dies immer noch auf, falls ein Randzustand um die Laservorrichtung 2 oder die Betriebseinheit 3 sich während einer Laserbearbeitung verändert, oder falls ein Oberflächenzustand des Werkstücks 8 beispielsweise nicht gleichmäßig ist. Selbst wenn die Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder die Oberflächentemperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts sich von der vorhergesagten Temperatur unterscheidet, kann allerdings das 3D Laserbearbeitungssystem 200 der dritten Ausführungsform das Auftreten eines fehlerhaften Abschnitts durch kompensieren einer Laserbearbeitungsbedingung weiter reduziert. Indessen, falls die Laserbearbeitungsbedingung während einem lernen durch die erste Lerneinheit 31 kompensiert wird, wird die kompensierte Laserbearbeitungsbedingung ebenso vorzugsweise als Zustandsdaten zum Betreiben eines Lernens beobachtet.
Wie aus den Flussdiagrammen der 16A bis 16D klar verständlich, gibt es, falls das gelernte Kennzeichen Ein in Schritt S309 gestellt ist und ein fortführen eines Lernens unnötig wird, keine weitere Notwendigkeit ein Label von der Labelerfassungseinheit 30 zu erfassen. Somit kann die Labelerfassungseinheit 30 entfernt werden.
<Vierte Ausführungsform>
17 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleich zu dem Laserbearbeitungssystem 200 der dritten Ausführungsform umfasst ein 3D Laserbearbeitungssystem 300 der vierten Ausführungsform weiter einen übergeordneten Computer 34, ein übergeordnetes Netzwerk 35 und ein untergeordnetes Netzwerk 36. Eine Vielzahl der Laservorrichtungen 2, eine Vielzahl der Betriebseinheiten 3 und eine Vielzahl der ersten Maschinenlernvorrichtungen 28 sind vorgesehen. Eine erste Maschinenlernvorrichtung 28 und eine Vielzahl von Laservorrichtungen 2 sind über das untergeordnete Netzwerk 36 verbunden, um eine Herstellungszelle 37 zu bilden. Jede der Laservorrichtungen 2 umfasst einen Laseroszillator 5, die Steuereinheit 12 und zumindest einen Bearbeitungskopf zum Bereitstellen einer Laserausgabe von dem Laseroszillator 5.
Eine Vielzahl der Herstellungszellen 37 und des übergeordneten Computers 34 sind über das übergeordnete Netzwerk 35 verbunden. Der übergeordnete Computer 34 fungiert zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 der Bearbeitungsbedingung einstellt Vorrichtung 4.die erste Zustandsbeobachtungeinheit 29 der ersten Maschinenlernvorrichtungen 28 empfängt zumindest eine Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulationsbedingung für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 und zumindest zeitliche Veränderungsdaten über eine Temperatur, die durch ein Temperaturdetektionsmittel detektiert werden soll, als ein Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die über das übergeordnete Netzwerk 35 und das untergeordnete Netzwerk 36 eingegeben sind. In der vierten Ausführungsform ist der übergeordnete Computer 34 zum Erfüllen der Funktionen der thermischen Fritz Simulationseinheit 17 und der Bewegungszustand Simulation einer 16 ausgebildet.
Die zeitlichen Veränderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel detektierte Temperatur wird in die Labelerfassungseinheit 30 der ersten Maschinenlernvorrichtung 28 über das untergeordnete Netzwerk 36 eingegeben. Auf diese Weise wird ein Lernmodell zwischen einer Vielzahl der ersten Lerneinheiten 31 über das übergeordnete Netzwerk 35 und das untergeordnete Netzwerk 36 gezeigt.
Um eine Komplikation von 17 zu vermeiden, sind funktionale Blöcke in der Laservorrichtung 2 mit Ausnahme der Steuereinheit 12 und des Laseroszillators 5 in 17 ausgelassen. Bezüglich der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 4 sind funktionale Blöcke aus der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, der Bewegungszustandssimulationseinheit 16, der thermischen Fritz Simulationseinheit 17 und der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 ebenso ausgelassen.
Die erste Maschinenlernvorrichtung 28, die ein lernen durch verarbeiten eines Labels in Echtzeit als zeitliche Veränderungsdaten über eine durch das Temperaturdetektionsmittel detektierte Temperatur betreiben muss, ist mit dem untergeordneten Netzwerk 36 verbunden, das ebenso ein Nebel-Netzwerk genannt wird, mit dem mehrere bis mehrere 10 Laservorrichtungen 2 verbunden sind. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ist eine Simulation, die eine riesige Menge an Berechnungslast beinhaltet, während eine für diese Simulation erforderte Echtzeitleistungsfähigkeit nicht sehr hoch ist. Durch Ausführen dieser nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation bei dem übergeordneten Computer 34 wie beispielsweise einen mit dem übergeordneten Netzwerk 35 verbundenen Cloudserver, können sowohl eine geforderte Echtzeitleistungsfähigkeit einer Verarbeitung und eine geforderte umfangreiche Verarbeitungsleistung erzielt werden.
<Fünfte Ausführungsform>
18 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleich zu dem 3D Laserbearbeitungssystem 1 der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, umfasst ein 3D Laserbearbeitungssystem 400 der fünften Ausführungsform weiter eine Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 und eine zweite Maschinenlernvorrichtung 39 das 3D Laserbearbeitungssystem 400 umfasst weiter das Entfernungsmessmittel 25, das an dem Bearbeitungskopf 9 vorgesehen ist und in 1 nicht gezeigt ist.
Die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 ist eine Vorrichtung, die zum Erfassen von Bilddaten über das Werkstück 8 geeignet ist. Die Bilddaten über das Werkstück 8 bezeichneten Bilddaten, die eine 2D Form oder eine 3D Form bei einer Oberfläche des Werkstücks 8 oder innerhalb des Werkstücks 8 in zumindest entweder einem Teil des Werkstücks 8, der einer Laserbearbeitung unterzogen wird, oder einem Teil des Werkstücks 8 unmittelbar nach der Laserbearbeitung angeben.
Insbesondere kann die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 eine Digital 2-D Abbildungsvorrichtung, ein CCD gemäß Mikroskop, ein Weißlicht-Interferometer, ein Lasermikroskop (Geometrie-Messmikroskop), eine Nicht-Kontakttyp-3D-Messvorrichtung, eine Fotoerregung-nicht-Zerstörung-Untersuchungsbericht, gebildet aus einer Lichtquelle und einer Infrarotkamera, eine Ultraschall-Fehlerüberprüfungsvorrichtung, eine Induktionswärme-nicht-Zerstörung-Untersuchungsvorrichtung, eine Röntgen-Übertragungsabbildungsvorrichtung, eine Strahlung-Übertragungsabbildungsvorrichtung oder eine akustische Emissionsüberprüfungsvorrichtung beispielsweise sein. Die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 überwacht die Form eines geschmolzenen Beckens (Pool) (Fest-Flüssig-Schnittstelle zwischen einem geschmolzenen Teil und einem festen Teil), Luftblasen in dem geschmolzenen Becken, ein Schlüsselloch, eine laser-induzierte Dampffahne, ein laserinduziertes Plasma usw. in Echtzeit, erzeugt durch eine Laserbestrahlung während einer Laserbearbeitung.
Falls eine Art einer Laserbearbeitung ein Schneiden ist, wird die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 ebenso zum überwachen einer Form verwendet, die ein Ergebnis einer Laserbearbeitung angibt, wie beispielsweise eine Kette oder Traurigkeit einer Schnittebene, die mit einem Laser gebildet ist, das Volumen einer gefalteten Anbringung (Schlacke) pro Einheitszeitschnittlänge auf vorderen und hinteren Oberflächen in der Nähe eines Schnittteils, die Menge eines versteuerten Anhaftungen pro Einheitsbereich auf der hinteren Oberfläche, eine Farbdichte einer Skala (Oxid) auf der Schnittebene, Schnittabmessungen und Formgenauigkeit oder eine Grad einer Vertikalnaht der Schnittebene beispielsweise, angibt. Falls eine Art einer Laserbearbeitung ein Schweißen ist, wird die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 28 zum überwachen einer Form verwendet, die ein Ergebnis einer Laserbearbeitung angibt, wie beispielsweise ein Riss bei einem Schweißteil, der von einem Laser stammt, eine Porosität, ein Luftloch, eine Gasblase, ein fehlerhafter Durchbruch, ein Schmelzfehler, ein Unterschied oder überlappt oder einen Hügel beispielsweise.
Die zweite Maschinenlernvorrichtung 39 umfasst eine zweite Zustandsbeobachtung 41, eine Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41, eine zweite Lerneinheit 42 und eine Entscheidungseinheit 43. Die zweite Zustandsbeobachtung 41 beobachtet einen Zustand innerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems 401 Zustand außerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems 400, die zumindest eine durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und Formdaten über das Werkstück 8, zugehörend zu Bilddaten, als ein bei der Laserbearbeitungsbedingung eingestelltes erhaltene Simulationsergebnis enthält, und die beobachteten Zustände als Zustandsdaten ausgibt. Die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 erfasst Zeitserien-Bilddaten, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 erhalten sind, und gibt ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen den erfassten Bilddaten und Musterbilddaten aus, die eine Bewertung erhalten haben, gespeichert vorab als Bestimmungsdaten. Die zweite Lerneinheit 42 empfängt die Ausgaben der zweiten Zustandsbeobachtung 41 und der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41.die Entscheidungseinheit 43 bestimmt eine von der zweiten Lerneinheit 42 auszugebende Laserbearbeitungsbedingung auf der Basis einer Wertefunktionen als ein Ergebnis eines Lernens durch die zweite Lerneinheit 42.
Die zweite Lerneinheit 42 umfasst eine Gewinnberechnungseinheit 44, die einen Gewinn aus den Bestimmungsdaten berechnet, und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit 45, die Wertefunktionen sequenziell auf der Basis des berechneten Gewinns aktualisiert. Die zweite Lerneinheit 42 verknüpft die Laserbearbeitungsbedingung, die von der Entscheidung einer 43 ausgegeben ist, mit den Zustandsdaten, die von der zweiten Zustandsbeobachtung 41 eingegeben sind, und den Bestimmungsdaten, die von der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 eingegeben sind, und lernt eine optimale Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand in einem Versuch- und-Fehler-Verfahren auf der Basis der Bestimmungsdaten.
Ein Beispiel einer bestimmten Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 400 gemäß der fünften Ausführungsform wird als Nächstes unter Verwendung der 19A bis 19D beschrieben. Die 19A bis 19D sind Flussdiagramme, die ein Beispiel der Bewegung des 3D Laserbearbeitungssystems 400 der fünften Ausführungsform zeigen. Wenn das 3D Laserbearbeitungssystem 400 gestartet wird, bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob ein Befehl zum Umsetzen einer Laserbearbeitung ausgegeben wurde (Schritt S401). Falls der Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl ausgegeben wurde, liest die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 eine Vorrichtung Information wie beispielsweise die Leistungsfähigkeit, Spezifikationen, usw. der Laservorrichtung 2 als ein Ziel einer Einstellung einer Laserbearbeitungsbedingung und der Betriebseinheit 3 hauptsächlich von der Steuereinheit 12 der Laservorrichtung 2.weiter liest die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 einen von der Befehlseingabeeinheit 20 befohlenen Laserbearbeitung Inhalt (Schritt S402).
Als Nächstes werden in Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 die 3D CAD Daten über das Werkstück 8, die die thermo-physikalischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, und die 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf 9 von der Datenerfassungseinheit 21 in die CAD Daten-Speichereinheit 22 eingelesen (Schritt S403). Als Nächstes führt in Reaktion auf einen Befehl von der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 die Bewegungszustandssimulationseinheit 16 zuerst eine Simulation des Bewegungszustand des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 unter Verwendung der Vorrichtung Information und des Laserbearbeitung Inhalts, ausgelesen durch die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, und den 3D CAD Daten über das Werkstück 8 und den Bearbeitungskopf 9, gespeichert in der CAD Daten-Speichereinheit 22, aus, um eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 zu erhalten, bei der eine Laserbearbeitung innerhalb einer minimalen Zeitperiode beendet werden kann (Schritt S404).
Die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 bestimmt als ein Ergebnis der Bewegungszustand Simulation, ob der Bearbeitungskopf 9 verschoben werden kann, ohne das Werkstück 8 zu behindern (Schritt S405). Falls der Bearbeitungskopf als durch das Werkstück 8 behindert bestimmt wird zeigt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 einen Hinweis auf der Anzeigeeinheit 23 an, der angibt, das die mögliche Behinderung des Bearbeitungskopfs 9 durch das Werkstück 8 eine Umsetzung einer befohlenen Laserbearbeitung blockiert (Schritt S406). Dann kehrt der Fluss zurück zu Schritt S401, um in Stand-by zu gehen, bis ein neuer Laserbearbeitung Umsetzungsbefehl eingegeben wird. Falls der Bearbeitungskopf 9 1 geeignet zum Verschieben ohne Behinderung durch das Werkstück 8 in Schritt S405 bestimmt wird, für die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation bei einer vorläufig durch die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 eingestellten Laserbearbeitungsbedingung aus (Schritt S407). Die für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation verwendete Laserbearbeitungsbedingung wird vorläufig als eine Laserbearbeitungsbedingung bestimmt (Schritt S408).
Wie das 3D Laserbearbeitungssystem 100 der zweiten Ausführungsform kann das 3D Laserbearbeitungssystem 400 der fünften Ausführungsform eine Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit zum vorläufigen Einstellen einer Laserbearbeitungsbedingung durch die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 umfassen. Die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit speichert im Wesentlichen optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung für eine Werkstückbedingung, die für jede Art von Laserbearbeitung vorbereitet ist und ein Material und eine Dicke über ein plattenartiges Werkstück enthält. Auf die optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung, die in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit gespeichert ist, kann Bezug genommen werden.
Als Nächstes beobachtet die zweite Zustandsbeobachtungseinheit 40 einem Zustand innerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems 401 Zustand außerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems 400, der die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 vorläufig eingestellten Laserbearbeitungsbedingung enthält und Formdaten über das Werkstück 8, zugehörend zu Bilddaten, als ein Simulationsergebnis, das bei der vorläufigen eingestellten Laserbearbeitungsbedingung (Schritt S409) erhalten wird. Die durch die zweite Zustandsbeobachtung 41 beobachteten Zustandsdaten werden an die zweite Lerneinheit 42 ausgegeben (Schritt S410) auf der Basis einer Wertefunktionen als ein Ergebnis des Lernens durch die zweite Lerneinheit 42 und durch Bezugnahme auf ein Musterbild, dem vorab eine Bewertung gegeben ist, das vorab gespeichert ist, sagt die zweite Lerneinheit 42 eine Laserbearbeitungsbedingung voraus, bei der Zeitserien-Bilddaten, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 erhalten werden, als Bilddaten angenommen werden, denen eine hohe. Bewertung gegeben sind, für die von der zweiten Zustandsbeobachtung 41 eingegebenen Zustandsdaten (Schritt S411). Dann bestimmt die Entscheidung einer 43 eine Laserbearbeitungsbedingung, die ausgegeben werden soll, und gibt die bestimmte Laserbearbeitungsbedingung an die Steuereinheit 12 über die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 aus (Schritt S412). Dann wird die Laserbearbeitung begonnen (Schritt S413) .
Wenn die Laserbearbeitung gestartet wird, überprüft die Steuereinheit 12, um zu bestimmen, ob die Qualität eines Rückstrahls reduziert werden soll, auf der Basis eines Ergebnisses einer durch das Fotodetektionsmittel 11 erhaltenen Detektion des Rückstrahls. Falls in Schritt S414 bestimmt wird, das die Quantität des Rückstrahls ein zulässiges Niveau überschreitet, wird die Laserstrahlausgabe reduziert und wird ebenso die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 9 relativ zu dem Werkstück 8 reduziert, zum Reduzieren der Quantität des Zurückstrahls in Reaktion auf einen Befehl von der Steuereinheit 12 beispielsweise, um eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts so weit wie möglich an einer vorbestimmten Temperatur usw. zu halten. Auf diese Weise wird die Laserbearbeitungsbedingung kompensiert (Schritt S415). Dann geht der Fluss zu dem Schritt S416.
Falls im Schritt S414 bestimmt wird, das die Quantität des Strahls das zulässiges Niveau nicht überschreitet, geht der Fluss direkt zu Schritt S416. In Schritt S416 bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Abstand von der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und einem Bearbeitungspunkt, gemessen durch das Entfernungsmessmittel 25, in Bezug auf die vorab eingestellte Laserbearbeitungsbedingung normal ist. Falls der Abstand als nicht normal bestimmt wird, kompensiert die Steuereinheit 12 die Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf 9 auf der Basis des durch das Entfernungsmessmittel 25 erhaltenen Messergebnis, um einen vorbestimmten Abstand zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs 9 auf der Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt zu erzielen (Schritt S417). Dann geht der Fluss zu Schritt S418. Falls der Abstand als normal in Schritt S416 bestimmt ist, geht der Fluss direkt zu Schritt S418.
In Schritt S418 bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob ein in der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 gespeichertes gelerntes Kennzeichen Aus ist. Dass das gelernte Kennzeichen Aus ist, bedeutet, dass die zweite Maschinenlernvorrichtungen 39 Weise lernt. In diesem Fall erfasst die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 Zeitserien-Bilddaten, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 während einer Laserbearbeitung erhalten sind, und bewertet die erfassten Bilddaten durch Vergleichen der erfassten Bilddaten mit den Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, die vorab gespeichert sind (Schritt S419). Dann gibt die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 als Bestimmungsdaten Bewertungspunkte die den im Schritt S419 erfassten Zeitserien-Bilddaten gegeben sind, an die zweite Lerneinheit 42 aus (Schritt S420).
Als Nächstes bestimmt die zweite Lerneinheit 42, ob die Bewertung der als die Bestimmungsdaten in die zweite Lerneinheit 42 eingegebenen Bilddaten für als ein vorab eingestellter Beschneidungspunkts ist (Schritt S421). Falls die Bewertung als höher als der Bestimmung. Bestimmt ist, berechnet die Gewinnberechnungseinheit 44 einen Gewinn in Reaktion auf eine Differenz zwischen der Bewertung und dem Berührungspunkt derart, dass der berechnete Gewinn positiv größer wird, wenn die Differenz größer wird (Schritt S422). Indessen, wenn die Bewertung geringer als der Bestimmung. Ist, kompensiert die Steuereinheit 12 die Laserbearbeitungsbedingung in Echtzeit (Schritt S423). Dann berechnet die Gewinnberechnungseinheit 44 einen Gewinn in Reaktion auf die Differenz zwischen der Bewertung und dem Bestimmungsfunktion derart, dass der berechnete Gewinn negativ größer wird, wenn die Differenz größer wird (Schritt S424) .
Nachdem der Gewinn berechnet ist, aktualisiert die Wertefunktionsaktualisierungseinheit 45 Wertefunktionen sequenziell auf der Basis des berechneten Gewinns (Schritt S425. Falls die Steuereinheit 12 die Laserbearbeitungsbedingung zeitweise kompensiert werden Bilddaten, die zu einer Bearbeitungszone, in der eine Laserbearbeitung bei der durch die Steuereinheit 12 kompensierten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wurde, gehört, von einem Ziel einer Gewinnberechnung ausgeschlossen.
Als Nächstes wird bestimmt, ob ein gleitender Durchschnitt der Gewinne als ein Durchschnitts der letzten Gewinne einer vorbestimmten Anzahl, berechnet durch die Gewinnberechnungseinheit 44, größer als ein vorab eingestellter gewünschter Wert (Planwert) ist (Schritt S426). Falls der gleitende Durchschnitt der Gewinne als größer als der Planwert bestimmt ist, wird das Lernen durch die zweite Lerneinheit 42 als ausreichend betrieben bestimmt. Dann schaltet die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 das in der Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19 gespeicherte gelernte Kennzeichen auf Ein (Schritt S427). Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 12, ob die befohlenen Laserbearbeitung beendet ist (Schritt S428). Falls die Laserbearbeitung als nicht beendet bestimmt ist, kehrt der Fluss zu Schritt S414 zurück und die Laserbearbeitung wird fortgeführt. Indessen, falls die Laserbearbeitung als beendet bestimmt wird, bestimmt die Steuereinheit 12, ob ein Verschiebungsanhalten Befehl für das 3D Laserbearbeitungssystem 400 ausgegeben wurde (Schritt S429). Falls der Verschiebung Anhaltebefehl als ausgegeben bestimmt wird, wird die Verschiebung angehalten. Falls der Verschiebung Anhaltebefehl als nicht ausgegeben bestimmt wird, kehrt der Fluss zu Schritt S401 zurück und wartet auf eine Eingabe eines 9 Laserbearbeitung Umsetzungsbefehls in die Befehlseingabeeinheit 20.
Wie oben beschrieben, werden die Bewegungen von Schritt S401 bis Schritt S429 wiederholt, bis das gelernte Kennzeichen Ein geschaltet wird. Dadurch verknüpft die zweite Lerneinheit 42 die von der Entscheidung einer 43 ausgegebenen Laserbearbeitungsbedingung mit den Zustandsdaten, die von der zweiten Zustand Beobachtung 41 eingegeben sind, und den Bestimmungsdaten, die von der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 eingegeben sind, und lernt eine optimale Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand in einem Versuch- und-Fehler-Verfahren auf der Basis der Bestimmungsdaten.
Wenn die zweite Lerneinheit ein lernen über ein Maschinenlernen betreibt, wird es möglich, das eine Laserbearbeitungsbedingung ausgeben wird, bei der Zeitserien-Bilddaten, die durch Abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erzeugt sind, mit Musterbilddaten übereinstimmen, in denen eine hohe Bewertung gegeben ist, was zu einem positiven Laserbearbeitung Ergebnis direkt führt. Weiter wird durch Beobachten von Zustandsdaten, die eine Laserbearbeitungsbedingung enthalten, und Formdaten über das zu Bilddaten gehörige Werkstück als ein Simulationsergebnis, das bei dieser Laserbearbeitungsbedingung erhalten wird, möglich einen Hinweis aus einem Simulationsergebnis zu geben, das angibt, welche Bedingung der Laserbearbeitungsbedingung zu verändern ist und wie eine Werkstückform während einer Laserbearbeitung oder unmittelbar nach der Laserbearbeitung zu verändern ist, durch die Veränderung in dem Zustand. Auf diese Weise kann ein lernen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand effizient betrieben werden.
Falls das gelernte Kennzeichen als Ein in Schritt S418 bestimmt wird, kann der Fluss zu Schritt S428 direkt gehen, um ein Erfassen von Bestimmungsdaten durch die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 oder eine Berechnung eines Gewinns durch die Gewinnberechnungseinheit 44 anzuhalten. Alternativ, selbst nachdem das Lernen beendet ist, kann die Funktion zum Kompensieren einer Laserbearbeitungsbedingung auf der Basis von durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 erhaltenen Zeitserien-Bilddaten weiter fortgeführt werden.
Auf diese Weise, falls das gelernte Kennzeichen als Ein im Schritt S418 bestimmt ist, bestimmt die Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit 19, ob ein Befehl zum Fortführen der Funktion zum Kompensieren der Laserbearbeitungsbedingung auf der Basis von Bilddaten ausgegeben wurde (Schritt S430). Falls der Befehl zum Fortführen der Funktion zum Kompensieren als ausgegeben bestimmt ist, fährt die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 mit einem Erfassen von durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung 38 während einer Laserbearbeitung erhaltenen Zeitserien-Bilddaten fort, mit einem bewährten der erfassten Bilddaten durch Vergleichen der erfassten Bilddaten mit Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, die vorab gespeichert sind (Schritt S431), vor und mit einem ausgeben von Bewertungen, die den Zeitserien-Bilddaten derart gegeben sind, das diese Bewertungen schließlich an die Steuereinheit 12 eingegeben werden (Schritt S432), fort. Als Nächstes bestimmt die Steuereinheit 12, ob die Bewertung der Bilddaten geringer als ein Bestimmungsschritt. Ist (Schritt S433). Falls die Bewertung als geringer als der Beschneidungspunkts bestimmt ist, wird die Laserbearbeitungsbedingung in Echtzeit kompensiert (Schritt S434). Dann kann der Fluss zu Schritt S428 gehen. Falls die Bewertung der Bilddaten als der Beschneidungspunkts im Schritt S433 bestimmt ist, geht der Fluss direkt zu Schritt S428.
In der fünften Ausführungsform wird eine Bewertung von Bilddaten mit einem Beschneidungspunkts verglichen und die Größen der Bewertungen und des Beschneidungspunkts relativ zueinander werden als eine Basis zum Bestimmen verwendet, ob eine Laserbearbeitungsbedingung zur Verwendung dieser Bewertung kompensiert werden muss. Allerdings muss der., Der in dessen Größe mit der Bewertung beglichen werden muss, um zu bestimmen, ob die Laserbearbeitungsbedingung kompensiert werden soll, nicht notwendigerweise derselbe wie der Bestimmungsort. Sein, der zum Bestimmen verwendet wird, ob ein lernen beendet ist, sondern kann beispielsweise geringer als der Beschneidungspunkts sein, der zum Bestimmen verwendet wird, ob ein lernen beendet ist.
Die Funktion zum Kompensieren einer Laserbearbeitungsbedingung kann auf der Basis von Bilddaten fortgeführt werden. Falls ein lernen durch die zweite Lerneinheit 42 unzureichend ist, oder falls ein Randzustand um die Laservorrichtung oder die Betriebseinheit 3 während einer Laserbearbeitung verändert oder falls ein Oberflächenzustand des Werkstücks 8 nicht gleichförmig ist, während das Lernen durch die zweite Lerneinheit 42 ausreichend betrieben wurde, ist es wahrscheinlich, das Bilddaten etwas von Musterbilddaten abweichen, denen eine hohe Bewertung gegeben wurde, während einer Bearbeitung bei einer von der zweiten Maschinenlernvorrichtung 39 ausgegebenen Laserbearbeitungsbedingung. Diesbezüglich kann durch kompensieren der Laserbearbeitungsbedingung das Auftreten eines fehlerhaften Teils reduziert werden.
Auf eine Kompensation von Laserbearbeitungsbedingung, um eine Bestimmung zu ermöglichen, ob eine Laserstrahlausgabe erhöht oder reduziert werden soll, kann ein Lernergebnis von der zweiten Lerneinheit 42 in Bezug genommen werden, oder alternativ kann ein Temperaturdetektionsmittel vorgesehen sein und ein durch das Temperaturdetektionsmittel erhaltenes Detektionsergebnis kann in Bezug genommen werden. Als ein anderes Beispiel kann ein Plasmastrahldetektionsmittel zusätzlich vorgesehen sein und kann eine Laserbearbeitungsbedingung durch Bezugnahme auf die Intensität eines detektierten Plasmas kompensiert werden.
In der fünften Ausführungsform wird in dem Prozess zum Bestimmen einer optimalen Laserbearbeitungsbedingung die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation weniger häufig als in dem 3D Laserbearbeitungssystem 200 der dritten Ausführungsform ausgeführt. Der Grund dafür ist wie folgt. Falls eine Temperatur bei dem Werkstück 8 zunimmt, wird eine Phase des Werkstücks 8 von fest zu flüssig oder Gas verändert, oder weiter zu Plasma als ionisierte Gas. Indessen erfordert ein Ausführen der Nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, bei der Einfluss einer flüssigen Phase in einem geschmolzenen Teil, das Auftreten von Plasma usw. streng berücksichtigt, eine riesige Menge an Berechnungslast.
<Sechste Ausführungsform>
20 ist ein Blockdiagramm, das eine Konzeptkonfiguration eines 3D Laserbearbeitungssystems gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Vergleich zu dem 3D Laserbearbeitungssystem 400 der fünften Ausführungsform umfasst ein 3D Laserbearbeitungssystem 500 der sechsten Ausführungsform weiter einen übergeordneten Computer 34, ein übergeordnetes Netzwerk 35 und ein untergeordnetes Netzwerk 36. Eine Vielzahl der Laservorrichtungen 2, eine Vielzahl der Betriebseinheiten 3 und eine Vielzahl der zweiten Maschinenlernvorrichtungen 39 sind vorgesehen. Eine zweite Maschinenlernvorrichtung 39 und eine Vielzahl der Laservorrichtungen 2 sind über das untergeordnete Netzwerk 36 verbunden, um eine Herstellungszelle 370 zu bilden. Jede der Laservorrichtungen 2 umfasst zumindest einen Laseroszillator 5, die Steuereinheit 12 und zumindest einen Bearbeitungskopf zum Bereitstellen einer Laserausgabe von dem Laseroszillator 5.
Eine Vielzahl der Herstellungszellen 370 und der übergeordnete Computer 34 sind über das übergeordnete Netzwerk 35 verbunden. Der übergeordnete Computer 34 fungiert zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4.die zweite Zustandsbeobachtungseinheit 40 der zweiten Maschinenlernvorrichtung 39 empfängt zumindest eine Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulationsbedingung für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulationseinheit 17 und zumindest Formdaten über das Werkstück 8, die zu Bilddaten gehören, als einen Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die durch das übergeordnete Netzwerk 35 und das untergeordnete Netzwerk 36 eingegeben sind. In der sechsten Ausführungsform ist der übergeordnete Computer 34 zum Erfüllen der Funktionen der thermischen Fluid-Simulationseinheit 17 und der Bewegungszustandssimulationseinheit 16 ausgebildet.
Durch ein abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erzeugte Bilddaten werden in die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit 41 der zweiten Maschinenlernvorrichtung 39 über das untergeordnete Netzwerk 36 eingegeben. Auf diese Weise wird eine Wertefunktionen zwischen einer Vielzahl der zweiten Lerneinheiten 42 über das übergeordnete Netzwerk 35 und das untergeordnete Netzwerk 36 geteilt.
Um eine Komplikation von 20 zu vermeiden, sind funktionale Blöcke der Laservorrichtung 2 mit Ausnahme der Steuereinheit 12 und dem Laseroszillator 5 in 20 ausgelassen. Bezüglich der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung 4 sind funktionale Blöcke außer der Maschinenbedingung einstellt Steuereinheit 19, der Bewegungszustandssimulationseinheit 16, der thermischen Fluid-Simulationseinheit 17 und der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit 18 ebenso ausgelassen.
In dem 3D Laserbearbeitungssystem der sechsten Ausführungsform werden Zeitserien-Bilddaten, die durch ein abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung erzeugt sind, in Bestimmungsdaten in Echtzeit verarbeitet, wird eine Laserbearbeitungsbedingung kompensiert, falls notwendig, und berechnet die Gewinnberechnungseinheit einen Gewinn. Die zweite Maschinenlernvorrichtung 39, die eine Wertefunktionen in Reaktion auf einen Gewinn aktualisieren muss, ist mit dem untergeordneten Netzwerk 36 verbunden, das ebenso ein Nebel-Netzwerk genannt wird, mit welchem mehrere bis mehrere 10 Laservorrichtungen 2 verbunden sind. Die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ist eine Simulation, die eine riesige Menge an Rechenlast beinhaltet, während eine für diese Simulation erforderliche Echtzeitleistungsfähigkeit nicht sehr hoch ist. Diese nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation wird bei dem übergeordneten Computer 34 wie beispielsweise einem Cloudserver ausgeführt, der mit dem übergeordneten Netzwerk 35 verbunden ist. Dadurch ermöglicht das 3D Laserbearbeitungssystem der sechsten Ausführungsform, das sowohl eine geforderte Echtzeitleistungsfähigkeit einer Verarbeitung und eine geforderte umfangreiche Verarbeitungsleistung erzielt wird.
Erläuterung der Bezugszeichen

1, 100, 200, 300, 400, 500 3D: Laserbearbeitungssystem
2: Laservorrichtung
3: Betriebseinheit
4: Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung
5: Laseroszillator
6: Energieversorgungseinheit
7: optische Faser
8: Werkstück
9: Bearbeitungskopf
10: Laseroptiksystem
11: Fotodetektionsmittel
12: Steuereinheit
13: Roboter
14: Robotersteuereinheit
15: Haltevorrichtungseinheit
16: Bewegungszustandssimulationseinheit
17: Thermo-Fluid-Simulationseinheit
18: Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit
19: Bearbeitungsbedingungseinstellsteuereinheit
20: Befehlseingabeeinheit
21: Datenerfassungseinheit
22: CAD Daten-Speichereinheit
23: Anzeigeeinheit
24: Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit
25: Entfernungsmessmittel
26: Temperaturdetektionsmittel
28: erste Maschinenlernvorrichtung
29: erste Zustandsbeobachtungseinheit
30: Labelerfassungseinheit
31: erste Lerneinheit
32: Fehlerberechnungseinheit
33: Lernmodellaktualisierungseinheit
34: übergeordneter Computer
35: übergeordnetes Netzwerk
36: untergeordnetes Netzwerk
37, 370: Herstellungszelle
38: Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung
39: zweite Maschinenlernvorrichtung
40: zweite Zustandsbeobachtungseinheit
41: Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit
42: zweite Lerneinheit
43: Entscheidungseinheit
44: Gewinnberechnungseinheit
45: Wertefunktionsaktualisierungseinheit

Claims

Eine Bearbeitungsbedingungs-Einstellvorrichtung (4), umfassend: eine Bewegungszustandssimulationseinheit (16), die einen Bewegungszustand eines Bearbeitungskopfs (9) simuliert, der zumindest eine relative Position enthält, oder einen Zustand einer zeitlichen Veränderung in einer Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs (9) relativ zu einem Werkstück (8), unter Verwendung von 3D CAD Daten über das Werkstück (8), die eine Materialinformation enthalten, die thermo-physikalische Eigenschaften bestimmt, umfassend zumindest eine Wärmeleitfähigkeit, eine spezifische Wärme und eine Dichte, und 3D CAD Daten über den Bearbeitungskopf (9), die eine Information zumindest einer äußeren Form des Bearbeitungskopfs (9) und über eine relative Position der optischen Achse eines von dem Bearbeitungskopf (9) ausgegebenen Laserstrahls relativ zu der äußeren Form des Bearbeitungskopfs (9), enthalten, mit einem Schneidepunkt einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks (8), bestimmt durch die 3D CAD Daten über das Werkstück (8) und die optische Achse des Bearbeitungskopfs (9), der als ein Bearbeitungspunkt in einem virtuellen Raum bestimmt ist, wobei die Simulation bei einer Bedingung zum Bewegen des Bearbeitungskopfs (9) relativ zu dem Werkstück (8) entlang einer Bearbeitungslinie ausgeführt wird, die als ein Pfad des Bearbeitungspunkts eingestellt ist, bestimmt, wenn der Bearbeitungskopf (9) relativ zu dem Werkstück (8) in dem virtuellen Raum verschoben wird, während die optische Achse des Bearbeitungskopfs (9) bei einem vorbestimmten Winkel von jeweils einer Normalen-Vertikalen zu der Bearbeitungsoberfläche, auf der der Bearbeitungspunkt durch die Bearbeitungslinie hindurchtritt, und während ein Abstand zwischen einer Endoberfläche des Bearbeitungskopfs (9) auf einer Seite der Laserstrahlausgabe und dem Bearbeitungspunkt bei einem vorbestimmten Abstand gehalten wird; eine Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17), die eine nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausführt, zum Erhalten einer Temperaturverteilung in einem Bereich, der zumindest einen Teil des Werkstücks (8) abdeckt, der durch die Bewegung des einen Laserstrahl ausgebenden Bearbeitungskopfs (9) zu verändern ist; und eine Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18), die eine Laserbearbeitungsbedingung vorab einstellt, die zumindest eine Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf (9) und eine Laserstrahlausgabebedingung enthält, vor einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung, auf der Basis von Simulationsergebnissen, die durch die Bewegungszustandssimulationseinheit (16) und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) erhalten sind.
Ein 3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500), umfassend: die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) gemäß Anspruch 1; eine Laservorrichtung (2), umfassend zumindest einen Laseroszillator (5), eine Energieversorgungseinheit (6), die den Laseroszillator (5) mit Energie für eine Laseroszillation versorgt, ein Laseroptiksystem (10) zum Übertragen eines von dem Laseroszillator (5) ausgegebenen Laserstrahls an den Bearbeitungskopf (9), zumindest ein Fotodetektionsmittel (11), das zum Detektieren bei zumindest einem Laserausgabestrahl von dem Laseroszillator (5), der in dem Laseroptiksystem (10) übertragen wird, und einem Rückstrahl, der in dem Laseroptiksystem (10) in einer entgegengesetzten Richtung zu dem Laserausgabestrahl übertragen wird, geeignet ist, und eine Steuereinheit (12), die ein Ausgabesignal von zumindest der Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) und dem Fotodetektionsmittel (11) empfängt und ein Steuersignal ausgibt, das zumindest einen Leistungsausgabebefehl an die Energieversorgungseinheit (6) enthält; und eine Betriebseinheit (3), die das Steuersignal von der Steuereinheit (12) empfängt und den Bearbeitungskopf (9) relativ zu dem Werkstück (8) bewegt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 2, umfassend zumindest ein Fotodetektionsmittel (11), das zum Detektieren des Rückstrahls geeignet ist, wobei, falls die Steuereinheit (12) bestimmt, dass die Quantität des Rückstrahls reduziert werden muss, auf der Basis eines Detektionsergebnisses des Rückstrahls, erhalten durch das Fotodetektionsmittel (11), die Steuereinheit (12) das Steuersignal an die Energieversorgungseinheit (6) und die Betriebseinheit (3) ausgibt, um eine Bedingung zu erfüllen, die erlaubt, das eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder eine Temperatur bei dem Werkstück (8) in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer Temperatur nahe einer geplanten Temperatur beibehalten wird, durch Verändern der vorab durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung zumindest zeitweise und Verändern der Laserbearbeitungsbedingung, die sowohl die Laserstrahlausgabebedingung als auch die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs (9) relativ zu dem Werkstück (8) enthält.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 2 oder 3, weiter umfassend ein Entfernungsmessmittel (25), das zum Messen eines Abstands zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs (9) auf der Seite der Laserstrahlausgabe und des Bearbeitungspunkts geeignet ist, wobei auf der Basis eines durch das Entfernungsmessmittel (25) während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung erhaltenen Messergebnisses, die Steuereinheit (12) eine Funktion zum Kompensieren von zumindest der Relativbewegungsbedingung für den Bearbeitungskopf (9) der vorab eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erfüllt, auf der Basis eines durch die Bewegungszustandssimulationseinheit (16) erhaltenen Simulationsergebnisses.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter umfassend ein Temperaturdetektionsmittel (26) das zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, der entlang der Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung verschoben wird, und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks (8) in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, wobei, falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektierten Detektionstemperatur bei einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung auf dem Werkstück (8), die bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt ist, und einer Vorhersagetemperatur, die bei einer Position eines Zeitpunkts vorhergesagt ist, der zu dem bestimmten Zeitpunkt gehört, der in dem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, wobei die Steuereinheit (12) eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz erfüllt, und die Laservorrichtung (2) eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführt.
3D Laserbearbeitungssystem (100, 200) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) einen Effekt einer Bestrahlung des Werkstücks (8) mit einem Laserstrahl von dem Bearbeitungskopf (9) auf eine Temperaturzunahme bei dem Werkstück (8) begrenzt, die durch eine Wärmeeingabe bei dem Werkstück (8) erzielt wird, und die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation unter der Annahme ausführt, dass ein Phasenübergang des Werkstücks (8) nicht auftritt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 6, wobei für zumindest einen Teil einer Bearbeitungszone entlang der Bearbeitungslinie die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eine Laserbearbeitungsbedingung einstellt, um ein Simulationsergebnis zu erhalten, das zumindest eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt und/oder eine Temperatur in der Umgebung des Bearbeitungspunkts bei einer bestimmten Temperatur bei einer beliebigen Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs (9) ist, der relativ zu dem Werkstück (8) verschoben wird.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 7, wobei die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) Korrelationsdaten enthält, die eine Korrelation zwischen der Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts angeben, der in dem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist, und einer Temperatur bei einer zugehörigen Position angibt, die während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung bei der Laserbearbeitungsbedingung gemessen ist, und die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) auf die Korrelationsdaten Bezug nimmt, um eine vorbestimmte Ersatztemperatur zu bestimmen, die in der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation als ein Ersatz für die vorbestimmte Temperatur geplant ist, die während einer Umsetzung einer tatsächlichen Laserbearbeitung geplant ist, und dann die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation ausführt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 7, wobei die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) weiter eine Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit (24) umfasst, die Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit (24) eine optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung für eine Werkstückbedingung enthält, die für jede Art von Laserbearbeitung vorbereitet ist und zumindest ein Material und eine Dicke des Werkstücks (8) mit einer plattenartigen Form enthält, wobei die optimale erfasste Laserbearbeitungsbedingung Laserbearbeitungsbedingungen enthält, die zumindest eine Laserstrahlausgabe, die Relativbewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungspunkts relativ zu dem plattenartigen Werkstück (8) und ein Abstand zwischen der Endoberfläche des Bearbeitungskopfs (9) auf der Laserstrahlausgabeseite und dem Bearbeitungspunkt enthält, und bezüglich zumindest einer partiellen bestimmten Zone einer Zone, in der die Bearbeitungslinie, eingestellt bei dem Werkstück (8), eine lineare Form aufweist und das Werkstück (8) eine konstante Dicke entlang der Bearbeitungslinie aufweist, die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18), aus den in der Bearbeitungsbedingung-Speichereinheit (24) gespeicherten optimalen Laserbearbeitungsbedingungen, eine optimale Laserbearbeitungsbedingung einstellt, die mit einer Werkstücksbedingung übereinstimmt , und bezüglich zumindest einer partiellen Zone der Zone entlang der Bearbeitungslinie außer der bestimmten Zone und zumindest benachbart zu der bestimmten Zone, die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) eine Laserbearbeitungsbedingung einstellt, bei der, mit einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, erhalten als das Simulationsergebnis, ausgeführt bei der optimalen Laserbearbeitungsbedingung, eingestellt für die bestimmte Zone, bestimmt als die vorbestimmte Temperatur, eine Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt oder in der Umgebung des Bearbeitungspunkts, erhalten durch die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation, dieselbe vorbestimmte Temperatur wie in der bestimmten Zone wird.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, weiter umfassend ein Temperaturdetektionsmittel (26), das zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, der entlang der Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung verschoben wird, und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks (8) in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, wobei, falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer Detektionstemperatur, die durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektiert ist, bei einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung an dem Werkstück (8), die bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird, und einer Vorhersagetemperatur auftritt, die bei einer Position eines Zeitpunkts vorhergesagt ist, der zu dem bestimmten Zeitpunkt gehört, der in dem bei der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltenen Simulationsergebnis enthalten ist. Die Steuereinheit (12) eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz erfüllt, und die Laservorrichtung (2) mit einer Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortfährt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 6, weiter umfassend ein Temperaturdetektionsmittel (26) und eine erste Maschinenlernvorrichtung (28), wobei das Temperaturdetektionsmittel (26) zum Detektieren von zumindest einer Temperatur bei dem Bearbeitungspunkt, der entlang der Bearbeitungslinie während einer Laserbearbeitung verschoben wird, und/oder einer Oberflächentemperatur des Werkstücks (8) in der Umgebung des Bearbeitungspunkts geeignet ist, die erste Maschinenlernvorrichtung (28) umfasst: eine erste Zustandsbeobachtungseinheit (29), die Zustandsdaten über das 3D Laserbearbeitungssystem als Eingangsdaten empfängt, die zumindest die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und das bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhaltene Simulationsergebnis enthalten; eine Labelerfassungseinheit (30), die zeitliche Veränderungsdaten über die durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektierte Temperatur als ein zu Antwortdaten gehöriges Label erfasst; und eine erste Lerneinheit (31), die eine große Anzahl von Paaren der Eingangsdaten und des Labels empfängt, um eine Beziehung zwischen den Eingangsdaten und dem Label zu lernen, die erste Lerneinheit (31) die zeitlichen Veränderungsdaten über die durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektierte Temperatur relativ zu Eingangsdaten, die neu eingegeben sind, unter Verwendung eines Ergebnisses des Lernens vorhersagt, und die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) auf die zeitlichen Veränderungsdaten über die durch die erste Lerneinheit (31) vorhergesagte Temperatur Bezug nimmt, um die Laserbearbeitungsbedingung vorherzusagen
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 11, wobei, falls eine Temperaturdifferenz zwischen einer durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektierten Detektionstemperatur bei einem bestimmten Zeitpunkt in einer Laserbearbeitung an dem Werkstück (8), die bei der Laserbearbeitungsbedingung ausgeführt wird, die mit Bezug zu zeitlichen Veränderungsdaten über die vorhergesagte Temperatur eingestellt ist, die erste Lerneinheit (31) durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4), und eine Vorhersagetemperatur, die bei einer Position eines Zeitpunkts vorhergesagt ist, die zu der in dem Simulationsergebnis enthaltenen Zeitpunkt gehört, das bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, eine vorbestimmte Temperaturdifferenz überschreitet, die Steuereinheit (12) eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der durch die Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) eingestellten Laserbearbeitungsbedingung in Reaktion auf die Temperaturdifferenz erfüllt, und die Laservorrichtung (2) eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 11 oder 12, weiter umfassend einen übergeordneten Computer (34), ein übergeordnetes Netzwerk (35) und ein untergeordnetes Netzwerk (36), wobei die erste Maschinenlernvorrichtung (28) und eine Vielzahl der Laservorrichtungen (2) durch das untergeordnete Netzwerk (36) verbunden sind, um eine Herstellungszelle (37, 370) zu bilden, eine Vielzahl der Herstellungszellen (37, 370) und der übergeordnete Computer (34) durch das übergeordnete Netzwerk (35) verbunden sind, der übergeordnete Computer (34) zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) fungiert, die erste Zustandsbeobachtungseinheit (29) der ersten Maschinenlernvorrichtung (28) zumindest die Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulationsbedingung für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulation (17) und zumindest zeitliche Veränderungsdaten über eine Temperatur empfängt, die erwartet wird, durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektiert zu werden, als ein Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die durch das übergeordnete Netzwerk (35) und das untergeordnete Netzwerk (36) eingegeben sind, die zeitlichen Veränderungsdaten über die durch das Temperaturdetektionsmittel (26) detektierte Temperatur in die Labelerfassungseinheit (30) der ersten Maschinenlernvorrichtung (28) über das untergeordnete Netzwerk (36) eingegeben werden, und ein Lernmodell zwischen einer Vielzahl der ersten Lerneinheiten (31) über das übergeordnete Netzwerk (35) und das untergeordnete Netzwerk (36) geteilt wird.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, weiter umfassend zumindest eine Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) und eine zweite Maschinenlernvorrichtung (39), wobei die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) zum Erfassen von Bilddaten geeignet ist, die eine 2D Form oder eine 3D Form einer Oberfläche des Werkstücks (8) oder innerhalb des Werkstücks (8) in zumindest entweder einem Teil des Werkstücks (8), der einer Laserbearbeitung unterzogen wird, oder einem Teil des Werkstücks (8) unmittelbar nach der Laserbearbeitung geeignet ist; die zweite Maschinenlernvorrichtung (39) umfasst: eine zweite Zustandsbeobachtungseinheit (40), die einen Zustand innerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems und einen Zustand außerhalb des 3D Laserbearbeitungssystems beobachtet, die zumindest die durch die Bearbeitungsbedingung-Einstelleinheit (18) eingestellte Laserbearbeitungsbedingung und Formdaten über das Werkstück (8) enthalten, die zu den Bilddaten gehören, als das Simulationsergebnis, das bei der eingestellten Laserbearbeitungsbedingung erhalten ist, und die beobachteten Zustände als Zustandsdaten ausgibt; eine Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (41), die Zeitserien-Bilddaten erfasst, die durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) erhalten sind, und ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen den erfassten Bilddaten und Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, die vorab gespeichert sind, als Bestimmungsdaten ausgibt; eine zweite Lerneinheit (42), die die Ausgaben von der zweiten Zustandsbeobachtungseinheit (40) und der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (41) empfängt; und eine Entscheidungseinheit (43), die eine Laserbearbeitungsbedingung bestimmt, die von der zweiten Lerneinheit (42) auszugeben ist, auf der Basis einer Wertefunktionen als ein Ergebnis eines Lernens durch die zweite Lerneinheit (42), wobei die zweite Lerneinheit (42) umfasst: eine Gewinnberechnungseinheit (44), die einen Gewinn aus den Bestimmungsdaten berechnet; und eine Wertefunktionsaktualisierungseinheit (45), die die Wertefunktionen sequenziell auf der Basis des berechneten Gewinns aktualisiert, und die zweite Lerneinheit (42) die von der Entscheidungseinheit (43) ausgegebene Laserbearbeitungsbedingung mit den Zustandsdaten, eingegeben von der zweiten Zustandsbeobachtungseinheit (40), und den Bestimmungsdaten, eingegeben von der Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (41) verknüpft und eine optimale Laserbearbeitungsbedingung in jedem Zustand in einem Versuch-und-Fehler-Verfahren auf der Basis der Bestimmungsdaten lernt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 14, wobei, wenn die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (41) die durch das Abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) erhaltenen Bilddaten mit den Musterbilddaten, denen eine Bewertung gegeben ist, vergleicht und Bestimmungsdaten ausgibt, die angeben, dass die Bewertung der durch Abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) erhaltenen Bilddaten geringer als ein vorbestimmter Punkt während einer Laserbearbeitung an dem Werkstück (8) bei der von der zweiten Maschinenlernvorrichtung (39) ausgegebenen Laserbearbeitungsbedingung ist, die Steuereinheit (12) eine Funktion zum Kompensieren von zumindest einem Teil der Laserbearbeitungsbedingung erfüllt, die ursprünglich von der zweiten Maschinenlernvorrichtung (39) ausgegeben ist, und die Laservorrichtung (2) eine Laserbearbeitung bei der kompensierten Laserbearbeitungsbedingung fortführt.
3D Laserbearbeitungssystem (1, 100, 200, 300, 400, 500) gemäß Anspruch 14 oder 15, weiter umfassend einen übergeordneten Computer (34), ein übergeordnetes Netzwerk (35) und ein untergeordnetes Netzwerk (36), wobei die zweite Maschinenlernvorrichtung (39) und eine Vielzahl der Laservorrichtungen (2) über das untergeordnete Netzwerk (36) verbunden sind, um eine Herstellungszelle (37, 370) zu bilden, eine Vielzahl der Herstellungszellen (37, 370) und der übergeordnete Computer (34) über das übergeordnete Netzwerk (35) verbunden sind, der übergeordnete Computer (34) zumindest als die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) der Bearbeitungsbedingung-Einstellvorrichtung (4) fungiert, die zweite Zustandsbeobachtungseinheit (40) der zweiten Maschinenlernvorrichtung (39) zumindest die Laserbearbeitungsbedingung als eine Simulationsbedingungen für die nicht-stationäre Thermo-Fluid-Simulation durch die Thermo-Fluid-Simulationseinheit (17) und zumindest die Formdaten über das Werkstück (8) empfängt, die zu den Bilddaten gehören, als ein Teil eines Simulationsergebnisses der nicht-stationären thermischen Fluid-Simulation, die über das übergeordnete Netzwerk (35) und das untergeordnete Netzwerk (36) eingegeben sind, die durch Abbilden durch die Inline-Bild-Überwachungsvorrichtung (38) erhaltenen Bilddaten in die Bestimmungsdaten-Erfassungseinheit (41) der zweiten Maschinenlernvorrichtung (39) über das untergeordnete Netzwerk (36) eingegeben werden, und die Wertefunktionen zwischen einer Vielzahl der zweiten Lerneinheiten (42) über das übergeordnete Netzwerk (35) und das untergeordnete Netzwerk (36) geteilt werden.