DE112013004346T5

DE112013004346T5 - Laser -Bearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013004346T5
Application number: DE112013004346.7T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corp Kyoto Tomohiro
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-09-05
Filing date: 2013-04-23
Publication date: 2015-06-11
Also published as: WO2014038241A1; CN104602859B; JPWO2014038241A1; JP5452784B1; US9446481B2; CN104602859A; US20150158123A1

Abstract

Bereitgestellt wird eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung, die einen Laseroszillator enthält, der einen Laserstrahl oszilliert; einen Bearbeitungskopf 4, der den aus dem Laseroszillator emittierten Laserstrahl auf ein Werkstück strahlt; und einen Optikpfadleiter, der ein optisches System enthält, welches den Laserstrahl aus dem Laseroszillator zum Bearbeitungskopf 4 führt. Eine Mehrzahl von Betriebsmodi, bei denen alle ein Parameter variiert wird, wenn sie verwendet werden, wenn das Werkstück bearbeitet wird, sind für die Laser-Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen; und ein Energiesparmodus, in welchem der Ausgabebereich des Laserstrahls eingestellt ist, kleiner als derjenige in anderen Betriebsmodi zu sein, ist in den Betriebsmodi beinhaltet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung, die ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeitet.
Hintergrund
Es ist übliche Praxis, verschiedene Werkzeugmaschinen an einem Produktionsort zu verwenden. Bei einer Werkzeugmaschine, wenn ein Werkstück bearbeitet wird, wird ein Parameter als eine Betriebsbedingung für jedes der Elemente, mit der die Werkzeugmaschine ausgerüstet ist, eingestellt. Es gibt Fälle, bei denen bei einer Werkzeugmaschine eine Bearbeitung einer höheren Qualität erforderlich ist, oder Bearbeitung mit reduziertem Energieverbrauch erforderlich ist, und der Parameter, auf welches jedes der Elemente eingestellt wird, unterscheidet sich abhängig von der erforderlichen Bedingung. Beispielsweise beziehen sich Patentliteraturen 1 bis 3 auf das obige im Hinblick darauf, dass darin eine Werkzeugmaschine offenbart wird, die zum Umschalten zwischen Betriebsmodi in der Lage ist, von dem jeder einen anderen Parameter entsprechend den Betriebsbedingungen oder dem Zweck der Werkzeugmaschine aufweist.
Zitateliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2011-115967
Patentliteratur 2: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. H6-161535
Patentliteratur 3: Japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-240800

Zusammenfassung
Technisches Problem
Hier wird ein Beispiel einer Werkzeugmaschine gegeben, die eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung aufweist, die ein Werkstück unter Verwendung eines Laserstrahls bearbeitet. Im Allgemeinen werden bei einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung Parameter zum Zeitpunkt der Auslieferung optimiert, so dass ein Werkstück mit höherer Produktivität und zu einer höheren Qualität bearbeitet wird.
Eine Bearbeitung mit optimierten Parametern zum Verbessern der Produktivität und Qualität tendiert dazu, eine große Menge an Energieverbrauch zu erfordern. Hier gibt es, weil Energieeinsparung eine Notwendigkeit geworden ist, einen Bedarf, Bearbeitung innerhalb von Parametern durchzuführen, welche in der Lage sind, die Produktivität und Qualität zu bewahren, während der Energieverbrauch reduziert wird.
Jedoch gibt es bei der oben beschriebenen konventionellen Technik keine Offenbarung des Umschaltens zwischen Betriebsmodi in einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung. Weiterhin wird kein Parameter, auf welchen die Laser-Bearbeitungsvorrichtung eindeutig eingestellt ist, wie etwa ein sich auf die Abgabe des Laserstrahls beziehender Parameter, offenbart. Daher, falls die oben beschriebenen konventionellen Techniken ohne Modifikation verwendet werden, ist es schwierig, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die zwischen Betriebsmodi umschalten kann, welche Betriebseinstellungen oder den Zweck der Laser-Bearbeitungsvorrichtung spezifizieren.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht worden und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die ein Werkstück durch Umschalten zwischen Betriebsmodi bearbeiten kann, in jedem von denen Parameter, die für die Laser-Bearbeitungsvorrichtung eindeutig sind, wie etwa die Ausgabe des Laserstrahls, variiert werden.
Problemlösung
Um die obigen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu bewältigen, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung, welche beinhaltet: einen Laseroszillator, der einen Laserstrahl oszilliert; einen Bearbeitungskopf, der den aus den Laseroszillator emittierten Laserstrahl auf ein Werkstück strahlt; und einen Optikpfadleiter, der ein optisches System enthält, das den Laserstrahl aus dem Laseroszillator zum Bearbeitungskopf führt. Eine Mehrzahl von Betriebsmodi, in denen jeweils ein Parameter, der verwendet wird, wenn das Werkstück bearbeitet wird, variiert wird, sind für die Laser-Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen; und ein Energiesparmodus, in welchem ein Ausgabebereich des Laserstrahls als der Parameter eingestellt wird, kleiner zu sein als derjenige in anderen Betriebsmodi, ist in den Betriebsmodi beinhaltet.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der Laser-Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann ein Werkstück bearbeitet werden, während zwischen Betriebsmodi umgeschaltet wird, und wobei die Parameter, für welche die Laser-Bearbeitungsvorrichtung spezifiziert ist, variiert werden.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
2 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Laser-Oszillationsvorrichtung illustriert.
3 ist ein Diagramm, das eine Tabelle von Parametern (eine Parametertabelle) für jeden von in einer Speichereinheit gespeicherten Betriebsmodi illustriert.
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Eingangsleistung an den Entladungselektroden und Laserausgabe, wenn die Anzahl von Umdrehungen eines Laserbläsers variiert wird, zeigt.
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Eingangsleistung an den Entladungselektroden und Laserausgabe, wenn die Temperatur einer Kühlvorrichtung variiert wird, zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Beispielhafte Ausführungsformen einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung werden unten im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert. Eine Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 beinhaltet eine Laser-Oszillationsvorrichtung 1, einen Optikpfadleiter 2, einen gebogenen Spiegel (optisches System) 3, einen Bearbeitungskopf 4, eine Antriebseinheit 5, eine Reinigungseinheit 6, einen Staubsammler 7, eine Schalteinheit (Ausgangsschalteinheit) 8, eine Betriebszustandsüberwachungseinheit 9, eine Steuereinheit 10, eine Anzeigeneinheit 11 und eine Speichereinheit 23. Die Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 emittiert einen durch die Laser-Oszillationsvorrichtung 1 oszillierten Laserstrahl zu einem Werkstück 20, um so das Werkstück 20 zu bearbeiten.
2 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration der Laser-Oszillationsvorrichtung 1 illustriert. Die Laser-Oszillationsvorrichtung 1 ist konfiguriert, einen Laseroszillator 30, eine Kühlvorrichtung 15 und ein Lasergebläse (ein Luftgebläse) 17 in einem Gehäuse 16 unterzubringen. Lasergas wie etwa CO₂, CO, He, N₂ oder H₂, was das Lasermedium im Gaslaser ist, ist innerhalb des Gehäuse 16 eingeschlossen. Das Lasergebläse 17 veranlasst das Lasergas, zu fließen, wodurch das Lasergas im Gehäuse 16 zirkuliert.
Der Laseroszillator 30 beinhaltet Entladungselektroden 12, einen Partial-Reflektionsspiegel 13 und einen Total-Reflektionsspiegel 14. Wenn eine hohe Spannung an den Entladungselektroden 12 im Gehäuse 16 eingegeben wird, wird eine elektrische Entladung zwischen den Entladungselektroden 12 erzeugt. Das Lasergas wird durch die elektrische Entladung angeregt und durch das angeregte Lasergas erzeugtes Licht resoniert zwischen dem Partial-Reflektionsspiegel 13 und dem Total-Reflektionsspiegel 14. Nachfolgend passiert ein Teil des resonierten Lichtes den Partial-Reflektionsspiegel 13 als Laserstrahl und es wird zum Optikpfadleiter 2 hin emittiert.
Der Laseroszillator 30 weist leicht eine hohe Temperatur auf, aufgrund der Entladungselektroden 12, an denen eine Hochspannung angelegt wird, wenn ein Laserstrahl emittiert wird. Die Kühlvorrichtung 15 kühlt den Laseroszillator 30.
Ein Flüssigkühlmittel (Fluid), wie etwa Wasser, und ein Gaskühlmittel (Fluid) wie etwa Stickstoff können veranlasst werden, durch die Kühlvorrichtung 15 zu fließen. Die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 wird durch ein Thermometer 21 detektiert. Die durch das Thermometer 21 gemessene Temperaturinformation wird an die Steuereinheit 10 gesendet. Der Laseroszillator 30 wird auch durch das Lasergas gekühlt, welches durch das Lasergebläse 17 im Gehäuse 16 zirkuliert wird. Die Menge an zirkuliertem Lasergas wird durch Steigern der Umdrehungen des Lasergebläse 17 erhöht, und somit wird der Kühleffekt des Laseroszillator 30 vergrößert.
Ein optischer Pfad wird zum Führen des aus dem Laseroszillator 30 emittierten Laserstrahls zum Bearbeitungskopf 4 im Optikpfadleiter 2 gebildet. Der gebogene Spiegel 3 ist am gebogenen Bereich der Optikpfadleiters 2 vorgesehen, um die Route des Laserstrahl zu ändern und somit den Laserstrahl zu veranlassen, sich längs dem Optikpfadleiter 2 zu bewegen.
Die Reinigungseinheit 6 liefert Reinigungsgas in die Optikpfadleiter 2. Das als Reinigungsgas verwendete Gas ist ein Gas wie etwa Stickstoff oder getrocknete Luft, welche die Absorption des Laserstrahls nicht beeinträchtigt.
Der Laserstrahl, der durch die Optikpfadleiter 2 transmittiert worden ist und den Bearbeitungskopf 4 erreichte, wird aus der Spitze des Bearbeitungskopfes 4 zum Werkstück 20 emittiert. Die Antriebseinheit 5 bewegt den Bearbeitungskopf 4 in einer X-Achsenrichtung, einer Y-Achsenrichtung und einer Z-Achsenrichtung. Durch Bewegen des Bearbeitungskopfes 4 bewegt sich auch die Bestrahlungsposition des Laserstrahls auf dem Werkstück 20 und kann das Werkstück 20 in die gewünschte Form bearbeitet werden.
Der Staubsammler 7 sammelt Staub, der erzeugt wird, wenn das Werkstück 20 bearbeitet wird. Der Staubsammler 7 ist konfiguriert, einen (nicht gezeigten) Kompressor oder dergleichen zu beinhalten, der Luft um den Bereich des Werkstückes 20, der bearbeitet wird, absaugt. Die Schalteinheit 8 ist eine Betriebseinheit, welche den Parameter, auf welchen die Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 eingestellt wird, ändert. Der Parameter, der durch die Schalteinheit 8 geändert werden kann, beinhaltet beispielsweise die Ausgabe des aus der Laser-Oszillationsvorrichtung 1 emittierten Laserstrahl oder die Geschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 4 in der X-Achsenrichtung, der Y-Achsenrichtung und der Z-Achsenrichtung, wenn das Werkstück 20 bearbeitet wird.
Die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 überwacht den Betriebszustand der Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50. Spezifisch addiert die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 die Zeit, während welcher der Laserstrahl aus dem Laseroszillator 30 emittiert wird (akkumulierte Zeit) und detektiert die Strahlform des aus dem Laseroszillator 30 emittierten Laserstrahl. Wenn die akkumulierte Zeit einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt oder wenn die Strahlform von einer voreingestellten, vorbestimmten Form abweicht, sendet die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 eine Laserstrahl-Verschlechterungsinformation an die Steuereinheit 10.
Im Laseroszillator 30 kann der Partial-Reflektionsspiegel 13 aufgrund Alterung wegen einer Temperaturänderung oder dergleichen beim Emittieren eines Laserstrahls verschleißen und dann wird die Laserstrahlform deformiert. Die Strahlform des aus dem Laseroszillator 30 emittierten Laserstrahls kann sich auch aufgrund der Deformation der Form des Partial-Reflektionsspiegels 13 deformieren und dies kann einen Abfall bei der Bearbeitungsgenauigkeit verursachen. Beispielsweise, obwohl die Strahlform vorzugsweise eine extra kreisförmige Form ist, kann sie aufgrund von Altersverschleiß des Partial-Reflektionsspiegels 13 zu einer elliptischen Form werden. Man beachte, dass in den nachfolgenden Erläuterungen die Änderung der Strahlform des Laserstrahls aufgrund von Alterungsverschleiß auch einfach als Laserstrahl-Verschleiß bezeichnet wird.
Wenn die akkumulierte Zeit einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, bestimmt die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9, dass die Strahlform aufgrund von Alterungsverschleiß oder dergleichen deformiert ist und sendet die Laserstrahl-Verschleißinformation an die Steuereinheit 10. Die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 beobachtet auch die Strahlform direkt, und wenn die Strahlform deformiert wird, sendet die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 Laserstrahl-Verschleißinformation an die Steuereinheit 10.
Um die Strahlform direkt zu beobachten, ist es beispielsweise ausreichend, den gebogenen Spiegel aus einem Halbspiegel zu konfigurieren, wodurch die Strahlform des Laserstrahl, der durch den gebogenen Spiegel 3 transmittiert worden ist, beobachtet wird. In diesem Fall enthält die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 eine (nicht illustrierte) Beobachtungseinheit, die an einer Position vorgesehen ist, an welcher der Laserstrahl, der den gebogenen Spiegel 3 durchdrungen hat, aufstrahlt, und detektiert die Strahlform.
Um die Strahlform direkt zu beobachten, kann beispielsweise eine Beobachtungseinheit (nicht illustriert), welche die Strahlform beobachtet, an einer Position angeordnet werden, wo der aus dem Bearbeitungskopf 4 emittierte Laserstrahl einstrahlen kann. Wenn der Bearbeitungskopf 4 zu einer Position bewegt wird, an welcher der Laserstrahl auf die Beobachtungseinheit zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder zu einem beliebigen Zeitpunkt gestrahlt wird, kann die Strahlform beobachtet werden. In diesem Fall beinhaltet die Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 die Beobachtungseinheit, die an einer Position bereitgestellt ist, wo der Laserstrahl aufgestrahlt werden kann.
Die Steuereinheit 10 steuert verschiedene Operationen und verschiedene Parameter der Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50. Die Steuereinheit 10 steuert die Laser-Oszillationsvorrichtung 1 und die Antriebseinheit 5 anhand eines in der Speichereinheit 23 gespeicherten Bearbeitungsprogramms und veranlasst diese Einheiten, eine Bearbeitung des Werkstückes 20 durchzuführen.
Die Steuereinheit 10 steuert einen Parameter, der zum Betriebsmodus der Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 passt. 3 ist ein Diagramm, das eine Tabelle von Parametern (eine Parametertabelle) für jeden der in der Speichereinheit 23 gespeicherten Betriebsmodi illustriert. Die Steuereinheit 10 bezieht sich auf die in der Speichereinheit 23 gespeicherte Parametertabelle und steuert verschiedene Parameter. In der vorliegenden Ausführungsform sind die beispielhaften Parameter, die für jeden der Betriebsmodi eingestellt werden, der „Ausgabebereich des Laserstrahl”, „Anzahl von Umdrehungen des Lasergebläses 17”, „Temperatureinstellung der Kühlvorrichtung 15”, „Reinigungsflussrate des Optikpfadleiters 2”, „Geschwindigkeit (Bewegungsgeschwindigkeit) des Bearbeitungskopfs 4 längs X, Y und Z-Achsen”, und „angesaugtes Luftvolumen des Staubsammlers 7”. Jedoch sind die Parameter nicht darauf beschränkt. Der „Ausgabereich des Laserstrahl” und die „Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopf 4” aus diesen Parametern sind Parameter, deren Einstellung durch den Anwender mit der Schalteinheit verändert werden können. Von diesen Parametern wird gesagt, dass sie für den Anwender offen sind. Umgekehrt sind die vorab eingestellten Parameter, wenn die Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 ausgeliefert wird, die „Anzahl von Umdrehungen des Lasergebläses 17”, die „Temperatureinstellung der Kühlvorrichtung 15”, die „Reinigungsrate der Optikpfadleiters 2” und das „angesaugte Luftvolumen des Staubsammler 7”, die andere Parameter als die obigen zwei Parameter, die durch den Anwender nicht geändert werden können. Diese Parameter werden als nicht für den Anwender offen bezeichnet.
Einstellung und Steuerung der Parameter werden durch die Steuereinheit 10 durchgeführt. Beispielsweise steuert die Steuereinheit 10 eine Spannung, die an die Entladungselektrode 12 anzulegen ist, und steuert die Ausgabe des Laserstrahles. Die Steuereinheit 10 steuert auch die Flussrate des Kühlmittels in der Kühlvorrichtung 15 und steuert die Temperatur der Kühlvorrichtung 15. Die Steuereinheit 10 justiert auch den Öffnungsgrad eines (nicht illustrierten) Ventils, das zwischen der Löscheinheit 6 und der Optikpfadleiter 2 vorgesehen ist und die Reinigungsflussrate steuert. Die Steuereinheit 10 steuert auch die Antriebseinheit 5 und steuert die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4. Die Steuereinheit 10 steuert auch den Staubsammler 7 und steuert das angesaugte Luftvolumen.
In der Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden drei Typen von Betriebsmodi bereitgestellt, die „Qualitätsbetonungsmodus”, „Produktivitätsbetonungsmodus” und „Energiesparmodus” sind. Zuerst werden die Einstellbereiche von, für einen Anwender in jedem der Betriebsmodi offenen Parametern beschrieben.
Im Qualitätsbetonungsmodus wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 reduziert, um niedrig zu sein, während der Ausgabebereich des Laserstrahles vergrößert wird, wodurch die Bearbeitungsqualität des Werkstück 20 verbessert wird. Spezifisch kann der Ausgabebereich des Laserstrahles auf bis zu 4000 W eingestellt werden und kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 auf bis zu 5 m/s eingestellt werden.
Im Produktivitätsbetonungsmodus wird der Einstellbereich der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopf 4 größer als derjenige im Qualitätsbetonungsmodus eingestellt, während der Ausgabebereich des Laserstrahl eingestellt wird, im selben Bereich wie derjenige im Qualitätsbetonungsmodus zu sein. Daher wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit des Werkstückes 20 verbessert. Spezifisch kann der Ausgabebereich des Laserstrahles auf bis zu 4000 W eingestellt werden und kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 auf bis zu 15 m/s eingestellt werden.
Im Energiesparmodus wird die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopf 4 reduziert, so niedrig wie diejenige des Qualitätsbetonungsmodus, während der Ausgabebereich des Laserstrahl reduziert wird, kleiner zu sein als derjenige des Qualitätsbetonungsmodus und des Produktivitätsbetonungsmodus, so dass eine Energieeinsparung erzielt wird, wenn das Werkstück 20 bearbeitet wird. Spezifisch kann der Ausgabebereich des Laserstrahles auf bis zu 2000 W eingestellt werden und kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 auf bis zu 5 m/s eingestellt werden.
Ein Anwender kann die Ausgabe des Laserstrahles und die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 innerhalb von Bereichen einstellen, die für jeden der Betriebsmodi eingestellt sind, durch Betätigen der Schalteinheit B. Wenn die Ausgabe des Laserstrahles und die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 4 als ein Wert aus diesen Bereichen eingestellt werden, kann die Steuereinheit 10 die Anzeigeneinheit 11 oder dergleichen veranlassen, eine Warnung auszugeben, um so den Anwender aufzufordern, die Einstellung zu ändern. Weiterhin kann während der Zeit, wenn eine Warnung erteilt wird, die Steuereinheit 10 die Steuerung so ausführen, dass Operationen der Laser-Bearbeitungsvorrichtung 50 gestoppt werden. Das heißt, dass die Steuereinheit 10 als eine Ausgabereguliereinheit fungiert, welche den Laserstrahl so reguliert, dass er nicht fehlerhaft als eine unspezifizierte Ausgabe emittiert wird, und die Steuereinheit 10 fungiert auch als eine Geschwindigkeitsreguliereinheit, welche den Bearbeitungskopf 4 so reguliert, dass er sich nicht bei einer unspezifizierten Geschwindigkeit bewegt. Auch ist es möglich, eine Mehrzahl von Steuereinheiten 10 zu konfigurieren, die so bereitgestellt werden, dass jede Steuereinheit 10 getrennte Funktionen aufweist, die zwischen ihnen verteilt sind.
Der Einstellbereich von Parametern, die nicht durch einen Anwender in jedem der Betriebsmodi einstellbar sind, wird als Nächstes beschrieben. Zuerst wird die „Anzahl von Umdrehungen des Lasergebläses 17” auf 12000 rpm (U/Min) im Qualitätsbetonungsmodus und dem Produktivitätsbetonungsmodus eingestellt. Im Energiesparmodus wird die „Anzahl von Umdrehungen des Lasergebläse 17” auf 9000 rpm eingestellt, was niedriger ist als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und dem Produktivitätsbetonungsmodus. Dies liegt daran, dass der Ausgabebereich des Laserstrahls im Energiesparmodus kleiner als derjenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus ist und somit der Laseroszillator 30 ausreichend gekühlt werden kann, selbst wenn die Umdrehungszahl des Lasergebläse 17 reduziert wird.
Weiterhin ist es im Hinblick auf Energieeffizienz bevorzugt, die Umdrehungszahl des Lasergebläses 17 im Energiesparmodus zu reduzieren. 4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Eingangsleistung an die Entladungselektroden 12 und Laserausgabe illustriert, wenn die Umdrehungszahl des Lasergebläse 17 variiert wird. In 4 wird der Fall, bei dem die Umdrehungszahl des Lasergebläses 17 12000 rpm ist, durch eine durchgezogene Linie bezeichnet und wird der Fall, bei dem die Umdrehungszahl des Lasergebläse 17 9000 rpm ist, durch eine gestrichelte Linie bezeichnet.
Wie in 4 illustriert, unterscheiden sich die Neigungen der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie und kann die Eingangsleistung mehr gesenkt werden, indem die Umdrehungszahl des Lasergebläse 17 gesenkt wird, wenn dieselbe Laserausgabe im Bereich einer Region A erhalten wird. Andererseits kann die Eingangsleistung mehr gesenkt werden, durch Senken der Umdrehungszahl des Lasergebläses 17, wenn dieselbe Laserausgabe im Bereich einer Region B erhalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht ein Fall des Einstellens der Laserausgabe auf 4000 W dem, im Bereich der Region B verwendet zu werden, und entspricht ein Fall der Einstellung der Laserausgabe auf 2000 W dem, im Bereich der Region A verwendet zu werden. Entsprechend kann im Energiesparmodus, in welchem die Laserausgabe auf niedriger als 2000 W eingestellt wird, die Energieeffizienz weiter verbessert werden, indem die Umdrehungszahl des Lasergebläse 17 auf 9000 rpm reduziert wird.
Als Nächstes wird für die „Temperatureinstellung der Kühlvorrichtung 15” im Qualitätsbetonungsmodus und dem Produktivitätsbetonungsmodus die Temperatur auf 10 ± 3°C eingestellt. Im Energiesparmodus wird die Temperatur auf 15 ± 3°C eingestellt, was höher ist als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus. Dies liegt daran, dass der Ausgabebereich des Laserstrahl im Energiesparmodus kleiner als derjenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus ist und selbst wenn die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 erhöht wird, der Laseroszillator 30 ausreichend gekühlt werden kann.
Weiterhin wird es im Hinblick auf Energieeffizienz bevorzugt, die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 im Energiesparmodus zu erhöhen. 5 ist ein Diagramm, welches die Beziehung zwischen Eingangsleistung an die Entladungselektroden 12 und der Laserausgabe, wenn die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 variiert wird, illustriert. In 5 wird der Fall, bei dem die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 10 ± 3°C ist, durch eine durchgezogene Linie bezeichnet und wird der Fall, bei dem die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 15 ± 3°C ist, durch eine gestrichelte Linie bezeichnet.
Wie in 5 illustriert, sind die Neigungen der durchgezogenen Linie und der gestrichelten Linie unterschiedlich und kann die Eingangsleistung mehr gesenkt werden, indem die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 erhöht wird, während dieselbe Laserausgabe im Bereich einer Region C erhalten wird. Im Gegensatz dazu kann die Eingangsleistung mehr abgesenkt werden, indem die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 gesenkt wird, während dieselbe Laserausgabe im Bereich einer Region D erhalten wird.
In der vorliegenden Ausführungsform entspricht der Fall des Einstellens der Laserausgabe auf 4000 W der Verwendung im Bereich der Region D; und entspricht der Fall des Einstellens der Laserausgabe auf 2000 W der Verwendung im Bereich der Region C. Entsprechend kann im Energiesparmodus, wenn die Laserausgabe auf niedriger als 2000 W eingestellt wird, die Energieeffizienz mehr verbessert werden, indem die Temperatur der Kühlvorrichtung 15 auf 15 ± 3°C erhöht wird.
Als Nächstes wird die „Reinigungsflussrate des Optikpfadleiters 2” auf 50 l/min im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus eingestellt. Im Energiesparmodus wird die „Reinigungsflussrate des Optikpfadleiters 2” auf 25 l/min eingestellt, was kleiner ist als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus. Dies liegt daran, dass der Ausgabebereich des Laserstrahles im Energiesparmodus kleiner als derjenige im Qualitätsbetonungsmodus und Produktivitätsbetonungsmodus ist, wodurch der Laserstrahl-Verschleiß aufgrund Absorption durch Gas im optischen Pfad reduziert wird; und somit kann, selbst falls die Flussrate des Reinigungsgases gesenkt wird, der Laserstrahl-Verschleiß ausreichend reduziert werden.
Als Nächstes wird das „angesaugte Luftvolumen des Staubsammlers 7” im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus auf 80 m³/min eingestellt. Im Energiesparmodus wird das „angesaugte Luftvolumen von Staubsammler 7” auf 60 m³/min eingestellt, was kleiner als dasjenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus ist. Dies liegt daran, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Energiesparmodus niedriger als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und dem Produktivitätsbetonungsmodus ist, wodurch die Menge an erzeugtem Staub reduziert wird; und somit, selbst wenn das angesaugte Luftvolumen des Staubsammler 7 sinkt, kann ein Staubsammeln ausreichend durchgeführt werden.
Es gibt Fälle, bei denen das Umschalten zwischen Betriebsmodi mit einer Schaltoperation durch einen Anwender durchgeführt wird, und einen Fall, bei dem Steuereinheit 10 automatisch zwischen den Betriebsmodi umschaltet. Ein Fall, bei dem das Umschalten zwischen den Betriebsmodi mit einer Schaltoperation durch einen Anwender durchgeführt wird, kann beispielsweise so konfiguriert werden, dass Information, welche den aktuellen Betriebsmodus angibt, auf der Anzeigeneinheit 11 angezeigt wird, und der Anwender eine (nicht illustrierte) Bedieneinheit betätigt, um den vorliegenden Modus in einen beliebigen Betriebsmodus umzuschalten.
Wenn beispielsweise die Lieferfrist eines Produktes nahe ist und es bevorzugt wird, die Produktionseffizienz zu priorisieren, unabhängig von der Energieverbrauchsmenge, wird der Betriebsmodus angemessen zum Produktivitätsbetonungsmodus umgeschaltet. Weiter, wenn es beispielsweise genug Zeit gibt, um eine Lieferfrist eines Produkts einzuhalten und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit nicht erforderlich ist, wird der Betriebsmodus angemessen auf den Energiesparmodus umgeschaltet. Weiter, wenn es beispielsweise genug Zeit bis zur Lieferfrist eines Produktes gibt und eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich ist, wird der Betriebsmodus angemessen zum Qualitätsbetonungsmodus umgeschaltet.
Ein Fall, bei dem der Betriebsmodus automatisch umgeschaltet wird, ist beispielsweise, wenn die Konfiguration so ist, dass die Steuereinheit 10 eine Laserstrahl-Verschleißinformation empfangen hat, die aus der Betriebszustandsüberwachungseinheit 9 gesendet wird, die Steuereinheit 10 den Betriebsmodus automatisch zum Energiesparmodus umschaltet. In diesem Fall fungiert die Steuereinheit 10 als eine Modusschalteinheit, die automatisch zwischen den Betriebsmodi umschaltet. Wenn die Laserstrahl-Verschleißinformation gesendet wird, wie oben beschrieben, ist es sehr wahrscheinlich, dass der Laserstrahl sich verschlechtert hat.
Wenn sich der Laserstrahl verschlechtert hat und wenn der Ausgangsbereich des Laserstrahles vom Qualitätsbetonungsmodus oder dem Produktivitätsbetonungsmodus ist, ist der Effekt eines Absinkens bei der Bearbeitungsgenauigkeit groß, und kann möglicherweise die Bearbeitung des Werkstücks 20 nicht fortgesetzt werden. Jedoch, selbst wenn der Laserstrahl sich verschlechtert hat, kann der Effekt einer Abnahme bei der Bearbeitungsgenauigkeit durch Reduzieren der Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes 4 reduziert werden, während der Ausgangsbereich des Laserstrahls auf niedrig reduziert wird.
Entsprechend, selbst falls der Laserstrahl sich verschlechtert hat, solange wie der Betriebsmodus der Energiesparmodus ist, in welchem der Ausgangsbereich des Laserstrahl auf niedrig reduziert ist und die Bewegungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfs 4 auf niedrig reduziert ist, kann Bearbeitung des Werkstückes 20 durchgeführt werden, während ein gewisser Grad an Bearbeitungsqualität aufrechterhalten wird. Daher kann in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Laserstrahl-Verschlechterungsinformation empfangen wird, das heißt, wenn der Laserstrahl bestimmt worden ist, sich zu verschlechtern, die Bearbeitung des Werkstücks 20 fortgesetzt werden, während ein gewisser Grad an Bearbeitungsqualität durch automatisches Umschalten des Betriebsmodus zum Energiesparmodus aufrechterhalten wird.
In einem Fall, bei dem der Energiesparmodus nicht bereitgestellt wird, kann die Bearbeitung des Werkstücks 20 nicht durchgeführt werden, bis die Laserstrahl-Verschlechterung verbessert ist, und somit kann eine beachtliche Abnahme bei der Produktionseffizienz verursacht werden. Insbesondere in einem Fall, bei dem ein Wartungsarbeiter nicht prompt mobilisiert werden kann, oder es Zeit erfordert, Austauschkomponenten anzuliefern, wird der Zeitraum, in dem die Bearbeitung suspendiert ist, lang, was beträchtliche Probleme verursachen kann.
Im Gegensatz dazu kann in der vorliegenden Ausführungsform, selbst wenn der Laserstrahl sich verschlechtert hat, der Betriebsmodus zum Energiesparmodus umgeschaltet werden, um so in der Lage zu sein, die Bearbeitung des Werkstücks 20 fortzusetzen, wodurch eine Reduktion beim Absinken der Produktionseffizienz ermöglicht wird.
In dem Fall, bei dem ein automatisches Umschalten des Betriebsmodus zum Energiesparmodus durchgeführt wird, kann die Konfiguration so sein, dass das Umschalten des Betriebsmodus zum Energiesparmodus auf der Anzeigeneinheit 11 angezeigt wird, um den Anwender darüber zu informieren, und somit kann der Anwender prompt sicherstellen, dass sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit aufgrund des Umschaltens des Betriebsmodus verringert hat.
Wenn der Anwender prompt bestätigen kann, dass der Betriebsmodus zum Energiesparmodus umgeschaltet worden ist, kann der Anwender prompt die Wartung der Laser-Oszillationsvorrichtung 1 und dergleichen in Angriff nehmen und kann der Betriebsmodus prompt zum Qualitätsbetonungsmodus oder dem Produktivitätsbetonungsmodus rückgeführt werden.
Weiterhin kann die Konfiguration so sein, dass vor automatischem Umschalten zum Energiesparmodus durchgeführt wird, Information, welche anzeigt, dass der Betriebsmodus zum Energiesparmodus umzuschalten ist, auf der Anzeigeneinheit 11 angezeigt wird, und dass nur, wenn der Anwender das Umschalten des Betriebsmodus durch Betätigen einer Bedieneinheit (nicht illustriert) oder dergleichen bestätigt, der Betriebsmodus automatisch zum Energiesparmodus umgeschaltet wird. Mit einer solchen Konfiguration kann der Anwender zuverlässiger des Umschaltens des Modus in den Energiesparmodus gewahr werden.
Wie oben beschrieben, kann die Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Werkstück durch Umschalten von Betriebsmodi bearbeiten, in welchem für die Laser-Bearbeitungsvorrichtung einmalige Parameter variiert werden. Insbesondere bezüglich der durch einen Anwender einstellbaren Parameter wird der Parameterwert innerhalb eines Bereichs spezifiziert, auf welchen jeder der Betriebsmodi gesetzt wird, während dem Anwender ein gewisser Flexibilitätsgrad gegeben wird, wenn der Anwender die Betriebsmodi auswählt. Bezüglich der Parameter, die nicht durch den Anwender einstellbar sind, wird der Wert jedes Parameters automatisch geändert, wobei die Energieeffizienz und das Energiesparen für jeden der Betriebsmodi berücksichtigt werden.
Weiter, selbst wenn der Laserstrahl sich aufgrund von Altersverschleiß oder dergleichen verschlechtert, kann durch Fortsetzen des Betriebs im Energiesparmodus die Bearbeitung des Werkstücks 20 fortgesetzt werden, während ein gewisser Grad an Bearbeitungsqualität aufrechterhalten wird. Entsprechend kann ein Abstieg bei der Produktionseffizienz reduziert wird.
Man beachte, dass die der in den obigen Erläuterungen beschriebenen Parameterwerte nur beispielhaft ist und anhand der Spezifikation der zu verwendenden Laser-Bearbeitungsvorrichtung oder deren Einsatzzweck modifiziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1 Laser-Oszillationsvorrichtung, 2 Optikpfadleiter, 3 gebogener Spiegel (optisches System), 4 Bearbeitungskopf, 5 Antriebseinheit, 6 Reinigungseinheit, 7 Staubsammler, 8 Umschalteinheit, 9 Betriebszustandsüberwachungseinheit, 10 Steuereinheit, 11 Anzeigeneinheit, 12 Entladungselektrode, 13 Partial-Reflektionsspiegel, 14 Total-Reflektionsspiegel, 15 Kühlvorrichtung, 16 Gehäuse, 17 Lasergebläse (Luftgebläse), 20 Werkstück, 21 Thermometer, 23 Speichereinheit, 30 Laseroszillator, 50 Laser-Bearbeitungsvorrichtung

Claims

Laser-Bearbeitungsvorrichtung, umfassend: einen Laseroszillator, der einen Laserstrahl oszilliert; einen Bearbeitungskopf, der den aus den Laseroszillator emittierten Laserstrahl auf ein Werkstück strahlt; und einen Optikpfadleiter, der ein optisches System enthält, das den Laserstrahl aus dem Laseroszillator zum Bearbeitungskopf führt, wobei eine Mehrzahl von Betriebsmodi, in denen jeweils ein Parameter, der verwendet wird, wenn das Werkstück bearbeitet wird, variiert wird, für die Laser-Bearbeitungsvorrichtung vorgesehen sind; und ein Energiesparmodus, in welchem ein Ausgabebereich des Laserstrahls als der Parameter eingestellt wird, kleiner zu sein als derjenige in anderen Betriebsmodi, in den Betriebsmodi beinhaltet ist.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei ein Produktivitätsbetonungsmodus, in welchem eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes als der Parameter eingestellt ist, höher zu sein als in anderen Betriebsmodi, in dem Betriebsmodi enthalten ist.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 2, wobei ein Qualitätsbetonungsmodus, in welchem ein Ausgabebereich des Laserstrahls eingestellt ist, größer als derjenige im Energiesparmodus zu sein, und eine Bearbeitungsgeschwindigkeit des Bearbeitungskopfes eingestellt ist, niedriger als diejenige im Produktivitätsbetonungsmodus zu sein, in den Betriebsmodi beinhaltet ist.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3, weiter umfassend, ein Lasergebläse, das Lasergas innerhalb des Laseroszillators zirkuliert, wobei im Energiesparmodus die Umdrehungszahl des Lasergebläses als der Parameter eingestellt ist, niedriger zu sein, als derjenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus, und in Bezug auf einen Eingangsleistungsbetrag an den Laseroszillator im Energiesparmodus, der bei einer Umdrehungszahl des Lasergebläses im Energiesparmodus oszillierte Laserstrahl eine größere Ausgabe aufweist als diejenige des bei der Umdrehungszahl des Lasergebläses im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus oszillierten Laserstrahl.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, weiter umfassend: eine Kühlvorrichtung, die den Laseroszillator kühlt, indem sie ein Fluid veranlasst, durch das Innere des Laseroszillators zu fließen, wobei im Energiesparmodus eine Temperatur der Kühlvorrichtung als der Parameter eingestellt ist, höher als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus zu sein, und in Bezug auf einen Eingangsleistungsbetrag an den Laseroszillator im Energiesparmodus der bei der Temperatur der Kühlvorrichtung im Energiesparmodus oszillierte Laserstrahl eine größere Ausgabe aufweist als diejenige des bei der Temperatur der Kühlvorrichtung im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus oszillierten Laserstrahl.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, weiter umfassend eine Reinigungseinheit, die Reinigungsgas veranlasst, durch das Innere der Optikpfadführung zu fließen, wobei ein Energiesparmodus die Reinigungseinheit einer Flussrate des Reinigungsgases als den Parameter einstellt, kleiner als diejenige im Qualitätsbetonungsmodus und im Produktivitätsbetonungsmodus zu sein.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter umfassend: eine Ausgabeumschalteinheit, die eine Ausgabeeinstellung des Laserstrahl umschaltet; und eine Ausgaberegulierungseinheit, welche, wenn eine Ausgabe des durch die Ausgabeumschalteinheit eingestellten Laserstrahl außerhalb eines Bereichs einer in einem aktuell betriebenen Betriebsmodus eingestellten Ausgabeeinstellung ist, den gemäß der durch die Ausgabeumschalteinheit eingestellten Ausgabe oszilliert werdenden Laserstrahl reguliert.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend: eine Geschwindigkeitsumschalteinheit, die eine Bewegungsgeschwindigkeitseinstellung des Maschinenkopfes umschaltet; und eine Geschwindigkeitsreguliereinheit, welche, wenn eine Bewegungsgeschwindigkeit des durch die Geschwindigkeitsumschalteinheit eingestellten Bearbeitungskopfes außerhalb eines Bereichs einer im aktuell ausgeführt werdenden Betriebsmodus eingestellten Bewegungsgeschwindigkeit ist, den Bearbeitungskopfbetrieb gemäß der durch die Geschwindigkeitsumschalteinheit eingestellten Bewegungsgeschwindigkeit reguliert.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter umfassend: eine Betriebszustandsüberwachungseinheit, die einen Betriebszustand der Laser-Bearbeitungsvorrichtung überwacht, und eine Automatikmodusumschalteinheit, welche automatisch den Betriebsmodus auf Basis des Betriebszustandes umschaltet.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei ein durch die Betriebszustandsüberwachungseinheit überwachter Betriebszustand die akkumulierte Zeitperiode ist, während welcher der Laserstrahl oszilliert wird, und die Automatikmodusumschalteinheit automatisch den Betriebsmodus zum Energiesparmodus umschaltet, wenn die akkumulierte Zeitperiode einen voreingestellten Schwellenwert übersteigt.
Laser-Bearbeitungsvorrichtung gemäß Anspruch 9, wobei ein durch die Betriebszustandsüberwachungseinheit überwachter Betriebszustand eine Strahlform des Laserstrahls ist, und die Automatikmodusumschalteinheit automatisch den Betriebsmodus zum Energiesparmodus auf Basis einer Änderung bei der Strahlform umschaltet.