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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Vornahme eines Durchstechens.
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Hintergrund
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Beim Schneiden eines Werkstücks mittels Laserbearbeitung wird üblicherweise ein Verfahren eingesetzt, bei dem vor Beginn des Schneidens an dem Werkstück ein durchgehendes Loch am Startpunkt für das Schneiden ausgebildet wird. Das durchgehende Loch wird Durchstich genannt, der durch eine, Durchstechen genannte, Bearbeitung ausgebildet wird.
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In dem Patentdokument 1 wird ein Laserbearbeitungsverfahren offenbart, das die Oxidations-/Verbrennungsreaktion während des Durchstechens verhindert, die Menge des spratzenden geschmolzenen Metalls verringert und den Durchstich in einer kurzen Zeitspanne durch Ausführen eines Durchstechens ausbildet, das einen ersten Vorgang zum Bestrahlen eines Werkstücks mit einem Strahl bei einer ersten Bedingung, einen zweiten Vorgang zum Unterbrechen der Bestrahlung mit dem Strahl und einen dritten Vorgang zur Wiederaufnahme der Bestrahlung des Werkstücks mit dem Strahl bei einer zweiten Bedingung umfasst.
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Liste der Zitate
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Patentliteratur
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- Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2007-75878 .
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Kurzbeschreibung
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Technische Problemstellung
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Das in dem Patentdokument 1 offenbarte Laserbearbeitungsverfahren zeigt jedoch kein Verfahren auf, bei dem eine Selbstentzündung zum Zeitpunkt einer Bestrahlung mit dem Strahl während des ersten Vorgangs und des dritten Vorgangs verhindert wird. Dies bedeutet, dass die Ausgangsleistung des emittierten Strahls einen oberen Grenzwert aufweist, was unter den gegebenen Umständen eine Begrenzung der Verringerung der für das Durchstechen erforderlichen Zeit zur Folge hat.
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Außerdem wird bei dem dritten Vorgang des in dem Patentdokument 1 offenbarten Laserbearbeitungsverfahrens das Abführen des geschmolzenen Metalls während des Durchstechens schwierig, wobei gleichzeitig die Höhe des Durchstechbearbeitungspunkts sich mit der Zeit ändert. Die Durchstecheffizienz während des dritten Vorgangs ist somit geringer als während des ersten Vorgangs und erfordert eine längere Bearbeitungszeit, wobei das in dem Patentdokument 1 offenbarte Laserbearbeitungsverfahren keine Lösung für diese Probleme angibt.
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Die vorliegende Erfindung entstand angesichts des oben Ausgeführten, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Laserbearbeitungsverfahrens und einer Laserbearbeitungsvorrichtung besteht, mit denen eine Selbstentzündung während einer Bestrahlung mit einem Strahl verhindert und die zum Durchstechen erforderliche Zeit verringert werden kann.
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Lösung der Problemstellung
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Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung zur Lösung der oben angegebenen Probleme und zur Erfüllung der Aufgabe wird von einem Laserbearbeitungsverfahren gebildet, bei dem ein Durchstich durch Bestrahlen eines Werkstücks mit einem Laserstrahl gebildet wird und das Werkstück ausgehend vom Durchstich, bei dem es sich um einen Startpunkt der Bearbeitung handelt, geschnitten wird, wobei das Verfahren aufweist: einen ersten Durchstechvorgang zur Ausbildung des Durchstichs, der ein Sackloch darstellt, das sich von einer oberen Oberfläche zu einem zentralen Bereich des Werkstücks erstreckt, einen Kühlvorgang zum Kühlen des Werkstücks, einen zweiten Durchstechvorgang, um den Durchstichs bis zu einer Unterseite des Werkstücks durchzustechen, und einen Schneidvorgang zum Schneiden des Werkstücks. Der erste Durchstechvorgang umfasst ein Ausführen des Durchstechens mittels Bestrahlen des Werkstücks mit dem Laserstrahl, wobei eine Ausgangsleistung des Laserstrahls auf einen ersten Ausgangsleistungswert eingestellt wird, eine Fokusposition des Laserstrahls in eine defokussierte Position eingestellt wird, eine Tiefe der Fokussierung des Laserstrahls auf eine erste Tiefe eingestellt wird und der Seitengasblasdruck, bei dem es sich um einen Druck eines einem Bearbeitungspunkt seitlich zugeführten Gases handelt, auf einen ersten Druckwert eingestellt wird, wobei der Kühlvorgang ein Stoppen des Laserstrahls, Halten des Seitengasblasdruckes auf dem ersten Druckwert und ein Kühlen des Werkstücks umfasst, und wobei der zweite Durchstechvorgang eine Vornahme des Durchstechens mittels Bestrahlen des Werkstücks mit dem Laserstrahl umfasst, wobei die Ausgangsleistung des Laserstrahls auf einen dritten Ausgangsleistungswert geändert wird, der kleiner ist als der erste Ausgangsleistungswert und größer als ein zweiter Ausgangsleistungswert, Ändern der Fokusposition auf eine zweite fokussierte Position mit einem größeren Fokussierungswert als bei der ersten fokussierten Position und Ändern der Tiefe der Fokussierung auf eine dritte Tiefe, die tiefer als eine zweite Tiefe ist, ausgehend von einem Zustand, bei dem die Ausgangsleistung des Laserstrahls auf den zweiten Ausgangsleistungswert eingestellt ist, der kleiner ist als der erste Ausgangsleistungswert, bei dem die Fokusposition auf die erste fokussierte Position eingestellt ist, bei dem die Tiefe der Fokussierung auf die zweite Tiefe eingestellt ist, die tiefer als die erste Tiefe ist, und bei dem der Seitengasblasdruck auf einen zweiten Druckwert eingestellt ist, der niedriger als der erste Druckwert ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
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Das Laserbearbeitungsverfahren und die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung bewirken, dass eine Selbstentzündung während einer Bestrahlung mit dem Strahl verhindert und die zum Durchstechen erforderliche Zeit verringert wird.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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1 zeigt eine Darstellung eines Geräteaufbaus zur Veranschaulichung einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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2 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Betriebsablaufs an der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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3 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Änderung der Position eines Bearbeitungskopfes und eines Laserprofils während der Vornahme eines Durchstechens mit Hilfe der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Änderung bei einem Bearbeitungsparameter während der Vornahme eines Durchstechens mit Hilfe der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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5 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines modifizierten Aufbaus der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform.
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6 zeigt eine Darstellung eines Geräteaufbaus einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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7 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebsablaufs der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform.
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8 zeigt eine Darstellung eines Geräteaufbaus einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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9 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Arbeitsablaufs, bei dem eine Bearbeitungsparametereinstellfunktion der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform korrigiert wird.
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10 zeigt eine Darstellung eines Geräteaufbaus einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
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11 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Betriebsablaufs an der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Im Folgenden werden ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsformen beschränkt ist.
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Erste Ausführungsform
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Die Darstellung von 1 zeigt einen Geräteaufbau, der eine Laserbearbeitungsvorrichtung veranschaulicht, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung 100 handelt es sich um eine Vorrichtung, die durch Bestrahlen eines Werkstücks W mit einem Laserstrahl L einen Durchstich h ausbildet und das Werkstück W ausgehend von dem Durchstich h, bei dem es sich um den Startpunkt für die Bearbeitung handelt, schneidet. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst einen Laseroszillator 1, in dem der Laserstrahl L oszilliert, eine optische Komponente 2 mit variabler Krümmung, die die Tiefe der Fokussierung des Laserstrahls L ändert, indem sie den Strahldurchmesser des von dem Laseroszillator 1 eintreffenden Laserstrahls L ändert, einen Bearbeitungskopf 3, der das Werkstück W mit dem Laserstrahl L bestrahlt und ein Assistenzgas A ausstößt, eine Assistenzgaszuführung 6, die dem Bearbeitungskopf 3 das Assistenzgas A zuführt, eine Seitengasdüse 7, die ein seitlich zugeführtes Gas S in Richtung eines Bearbeitungspunkts des Werkstücks W ausstößt, eine Zuführung 8 für das Seitengas, die das Seitengas S zu der Seitengasdüse 7 führt und den Seitengasblasdruck verändern kann, bei dem es sich um den Druck des Seitengases S handelt, das aus der Seitengasdüse 7 zu dem Bearbeitungspunkt des Werkstücks W ausgestoßen wird, eine Abstandssteuerung 11, die den Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 3 und dem Werkstück W steuert, einen Servosteuerschaltkreis 12, der für die X, Y und Z Achse jeweils einen Servomotor ansteuert, eine numerische Steuerung 13, bei der es sich um eine Steuerung handelt, die ein numerisches Steuerprogramm ausführt, um die Ausgangsleistung des Laserstrahls L, die Tiefe der Fokussierung des Laserstrahls L, die fokussierte Position des Laserstrahls L, die Höhe des Bearbeitungskopfes, die die Höhe des Bearbeitungskopfes 3 über dem Werkstück W darstellt, und den Seitengasblasdruck, bei dem es sich um den Druck des dem Bearbeitungspunkt zugeführten Seitengases S handelt, zu steuern, und einen Laseroszillationssteuerschaltkreis 14, der den Laseroszillator 1 steuert. Es wird darauf hingewiesen, dass die optische Komponente 2 mit variabler Krümmung z. B. ein verformbarer Spiegel sein kann. Die Tiefe der Fokussierung gibt einen Bereich an, innerhalb dessen ein Bündelungsdurchmesser, der durch Bündeln eines Laserlichts geschaffen wird, als optisch gleichgroß angesehen wird und stellt einen Bereich dar, der sich bis zu einem Durchmesser erstreckt, der dem Produkt 2√2 entspricht, wobei der Bündelungsdurchmesser einer Definition entsprechend als ”Rayleigh Bereich” bezeichnet wird.
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Der Bearbeitungskopf 3 weist eine Linse 4, die den von der optischen Komponente 2 mit variabler Krümmung eintreffenden Laserstrahl L bündelt, einen Linsenantriebsmotor 4a, der die Linse 4 in Richtung einer optischen Achse verfährt, und eine Düse 5 auf, zu der der aus der Linse 4 austretende Laserstrahl L ausgegeben wird und die das von der Assistenzgaszuführung 6 zugeführte Assistenzgas A zum Bearbeitungspunkt des Werkstücks W ausstößt. Die Düse 5 ist mit einem Abstandssensor 5a ausgestattet, der den Abstand zwischen der Düse 5 und dem Werkstück W erfasst. Die Linse 4 ist innerhalb des Bearbeitungskopfes 3 angeordnet und verändert die Fokusposition des aus der optischen Komponente 2 mit variabler Krümmung austretenden Laserstrahls L unabhängig von der Höhe des Bearbeitungskopfes.
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Der aus dem Laseroszillator 1 austretende Laserstrahl L wird durch die optische Komponente 2 mit variabler Krümmung entlang eines vorgegebenen optischen Pfades gelenkt und tritt in den Bearbeitungskopf 3 ein. Die Linse 4, die den Laserstrahl L bündelt ist innerhalb des Bearbeitungskopfes 3 angeordnet. Der Laserstrahl L wird mit Hilfe der Linse 4 gebündelt und durch die Düse 5, die sich an der Spitze des Bearbeitungskopfes 3 befindet, in Richtung des Werkstücks W emittiert. Es wird darauf hingewiesen, dass der Laserstrahl L, der aus dem Laseroszillator 1 austritt, auch über einen Lichtleiter übertragen werden kann. In diesem Fall wird als optische Komponente 2 mit variabler Krümmung eine optische Komponente verwendet, die die Tiefe der Fokussierung des übertragenen Lichts ändern kann.
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Die Zunahme und Abnahme wie auch das Ein-/Ausschalten der Ausgangsleistung des Laseroszillators 1 werden mittels des Laseroszillationssteuerschaltkreises 14 auf Basis eines Anweisungswerts von der numerischen Steuerung 13, in die ein Bearbeitungsprogramm eingegeben wird, gesteuert. Das Werkstück W wird an einer Montageoberfläche 20a eines Bearbeitungstisches 20 angebracht und dem Bearbeitungsprogramm entsprechend bearbeitet; wobei der Bearbeitungstisch 20 und der Bearbeitungskopf 3 relativ zueinander in Richtung einer X-Achse, in Richtung einer Y-Achse und in Richtung einer Z-Achse mit Hilfe eines X-Achsenservomotors 21x, eines Y-Achsenservomotors 21y und eines Z-Achsenservomotors 21z, bei denen es sich um Antriebsquellen handelt, verfahren werden. Es wird darauf hingewiesen, dass auch wenn in der nachfolgenden Beschreibung der Bearbeitungskopf 3 durch den X-Achsenservomotor 21x, den Y-Achsenservomotor 21y und den Z-Achsenservomotor 21z verfahren wird, der Bearbeitungstisch 20 oder sowohl der Bearbeitungskopf 3 als auch der Bearbeitungstisch 20 verfahren werden können. Der X-Achsenservomotor 21x, der Y-Achsenservomotor 21y und der Z-Achsenservomotor 21z werden jeweils von dem Servosteuerschaltkreis 12 auf Basis eines Anweisungswerts von der numerischen Steuerung 13 gesteuert, in die das Bearbeitungsprogramm eingegeben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die Richtung der Z-Achse eine zur Montageoberfläche 20a des Bearbeitungstisches 20 senkrechte Richtung darstellt und sowohl die Richtung der X-Achse als auch die Richtung Y-Achse jeweils eine zur Montageoberfläche 20a des Bearbeitungstisches 20 parallele Richtung darstellen.
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Außerdem wird eine mittels des Abstandsensors 5a erfasste Information an die Abstandssteuerung 11 übertragen, die den gemessenen Wert mit dem Anweisungswert von der numerischen Steuerung 13 vergleicht, eine Korrekturanweisung an den Servosteuerschaltkreis 12 überträgt und den Abstand zwischen dem Bearbeitungskopf 3 und dem Werkstück W so steuert, dass dieser stets dem Anweisungswert entspricht. Es wird darauf hingewiesen, dass der Abstandsensor 5a getrennt von der Düse 5 angeordnet sein kann.
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Der Anweisungswert von der numerischen Steuerung 13 bewirkt, dass die Assistenzgaszuführung 6 das Assistenzgas A in den Bearbeitungskopf 3 einführt. Das zugeführte Assistenzgas A wird koaxial zum Laserstrahl L aus der Spitze der Düse 5 ausgestoßen um das Schmelzen des Werkstücks W zu beschleunigen und geschmolzenes Metall zu entfernen.
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Der Anweisungswert von der numerischen Steuerung 13 bewirkt, dass die Seitengaszuführung 8 das Seitengas S zur Seitendüse 7 führt. Ein Beispiel für das Seitengas S ist Luft. Das zugeführte Seitengas S wird aus der Seitendüse 7 in die Nähe des Durchstichs h an dem Werkstück W ausgestoßen, um zum Entfernen und Kühlen von Spritzern um den Durchstich h als auch zur Steuerung der Sauerstoffkonzentration verwendet zu werden. Die Seitendüse 7 ist an dem Bearbeitungskopf 3 befestigt und wird zusammen mit dem Bearbeitungskopf 3 nach oben und unten verfahren.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform nimmt das Durchstechen in drei Vorgängen vor: einem ersten Durchstechvorgang zum Ausbilden eines Durchstichsackloches h von der oberen Oberfläche des Werkstücks W zu einem zentralen Bereich des Werkstücks, einem Abkühlvorgang zum Abkühlen des Werkstücks W und einem zweiten Durchstechvorgang zum Durchstechen des Durchstichs h bis zur unteren Oberfläche des Werkstücks W. Ferner führt die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform den zweiten Durchstechvorgang in zwei Vorgängen aus. Somit führt die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ein Durchstechen in vier Vorgängen aus.
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Das Flussdiagramm von 2 veranschaulicht den Betriebsablauf der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zur Ausführung eines Durchstechens und Schneidens. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform führt ein Durchstechen zur Ausbildung des Durchstichs h in dem Werkstück W aus, indem sie in Schritt S01 mit einem ersten Vorgang beginnt und bis zu einem vierten Vorgang in Schritt S04 fortfährt. Anschließend führt sie in einem Schneidvorgang in Schritt S05 ein Schneiden durch Bestrahlen des Werkstücks W mit dem Laserstrahl L bei einer vorgegebenen Schneidbedingung aus.
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Bei der ersten Ausführungsform wird der Bearbeitungsparameter bei jedem Vorgang gesteuert, um eine Selbstentzündung zu verhindern und die Effizienz des Durchstechens zu erhöhen. Der Bearbeitungsparameter umfasst in diesem Fall die Laserausgangsleistung, das Strahlprofil, die Höhe des Bearbeitungskopfes und den Seitengasblasdruck. Das Strahlprofil umfasst die Fokusposition und die Tiefe der Fokussierung.
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Zunächst wird jeder der vier Durchstechvorgänge in einer Übersicht beschrieben.
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Bei dem ersten Vorgang handelt es sich um den ersten Durchstechvorgang zum Durchstechen einer Oberseite des Werkstücks W. Beim ersten Vorgang wird das Werkstück W mit dem Hochleistungslaserstrahl L mit dem Zweck bestrahlt, dass ein Durchstechen bis herunter zum zentralen Bereich des Werkstücks W innerhalb eines kurzen Zeitraums vorgenommen wird. Bei dem ersten Vorgang stößt die Seitengasdüse 7 das Seitengas mit einer großen Strömung aus, um das Auftreten einer durch den Hochleistungslaserstrahl L verursachten Selbstentzündung zu verhindern; dadurch wird das Abführen der heißen Spritzer aus dem Durchstich h beschleunigt, während gleichzeitig die Sauerstoffreinheit am Bearbeitungspunkt reduziert wird. Es wird darauf hingewiesen, dass das Strömen des aus der Seitengasdüse 7 ausgestoßenen Seitengases S indirekt über die Seitengaszufuhr 8 durch Ändern des Drucks des zu der Seitengasdüse 7 geführten Seitengases S gesteuert wird, wobei die Strömung mit Zunahme des Seitengasblasdrucks zunimmt. Bei den Spritzern handelt es sich um durch Laserbearbeitung geschmolzenes Metall. Beim ersten Vorgang wird ein großes Loch durch Bestrahlen mit einem Strahl gebildet, der einen großen Bündelungsdurchmesser aufweist, um das Abführen der Spritzer während und nach dem vorliegenden Vorgang und dem noch zu beschreibenden dritten Vorgang zu erleichtern. Das bedeutet, dass der Strahldurchmesser des in die Linse 4 eintretenden Laserstrahls L von der optischen Komponente 2 mit variabler Krümmung verringert wird, um die Tiefe der Fokussierung zu verringern, während der Bearbeitungskopf 3 gleichzeitig mittels des Z-Achsenservomotors 21z an einer ersten Bearbeitungskopfhöhe angeordnet ist. Außerdem verfährt der Linsenantriebsmotor 4a beim ersten Vorgang die Linse 4 entlang der optischen Achse, um die Fokusposition auf eine defokussierte Position einzustellen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die defokussierte Position einem Zustand entspricht, bei dem der Fokuspunkt auf eine Position eingestellt wird, die relativ zu der unter Bearbeitung stehenden Oberfläche näher an einer Lichtquelle gelegen ist. Eine fokussierte Position entspricht einem Zustand, bei dem der Fokuspunkt auf eine Position eingestellt ist, die sich relativ zu der unter Bearbeitung stehenden Oberfläche weiter weg von der Lichtquelle befindet. Eine gerade noch fokussierte Position entspricht einem Zustand, bei dem sich der Fokuspunkt auf der unter Bearbeitung stehenden Oberfläche befindet. Der Abstand zwischen dem Fokuspunkt an der defokussierten Position und der gerade noch fokussierten Position wird Defokussierungswert genannt. Der Abstand zwischen dem Fokuspunkt an der fokussierten Position und der gerade noch fokussierten Position wird Fokussierungswert genannt.
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Der zweite Vorgang ist der Abkühlvorgang. Bei dem zweiten Vorgang, der einen Vorbereitungsvorgang für den zweiten Durchstechvorgang darstellt, wird die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L unterbrochen, um die Oxidationsreaktion zu unterbrechen. Nach dem ersten Vorgang häufen sich die Spritzer in einigen Bereichen im Inneren des Durchstichs h an; daher werden die heißen Spritzer durch Ausstoß einer großen Strömung des Seitengases S abgeführt. Zudem wird der Durchstich h, der heiß und teilweise geschmolzen ist, durch die über die Kühlung mit der starken Strömung des Seitengases S als auch die thermische Diffusion des Grundmaterials realisierte natürliche Kühlung verfestigt.
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Der dritte Vorgang stellt die erste Hälfte des zweiten Durchstechvorgangs zum Durchstechen des zentralen Bereichs des Werkstücks W dar. Beim dritten Vorgang wird das beim zweiten Vorgang unterbrochene Durchstechen wieder aufgenommen. Beim dritten Vorgang wird die Tiefe der Fokussierung tiefer eingestellt als beim ersten Vorgang, während die Fokusposition gleichzeitig auf die fokussierte Position eingestellt wird, um das Innere des in dem ersten Vorgang mit dem Laserstrahl L ausgebildeten Durchstichs h wirksam zu bestrahlen. Außerdem wird beim dritten Vorgang der gepulste Laserstrahl L verwendet. Der gepulste Laserstrahl L wird so eingestellt, dass er eine geringe durchschnittliche Ausgangsleistung und eine hohe Spitzenausgangsleistung aufweist, so dass ein Durchstechen mit hoher Effizienz realisiert und eine durch übermäßige Hitze, die von dem Werkstück W absorbiert wurde, verursachte Selbstentzündung verhindert werden kann. Darüber hinaus beschleunigt der gepulste Laserstrahl L beim dritten Vorgang das Abführen der Spritzer aus dem Durchstich h und erhöht die Durchsticheffizienz noch weiter. Beim dritten Vorgang wird, um einen Temperaturanstieg des Materials zu verhindern und ein Ansammeln der Spritzer in der Nähe des Durchstichs h zu unterbinden, während gleichzeitig die Zufuhr des Assistenzgases A an den Bearbeitungspunkt sichergestellt wird, das Seitengas S in Richtung zum Bearbeitungspunkt mit einer geringeren Strömung ausgestoßen, als während des ersten und zweiten Vorgangs.
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Es wird darauf hingewiesen, dass obwohl der Bearbeitungspunkt effizienter mit dem Strahl bestrahlt werden kann, wenn die Tiefe der Fokussierung tiefer ist, die Durchstecheffizienz beim vierten Vorgang, der später zu beschreiben ist, verringert wird, wenn der Durchstich h beim dritten Vorgang zu klein wird. Daher wird die Tiefe der Fokussierung beim dritten Vorgang zwischen der Tiefe der Fokussierung beim ersten Vorgang und der Tiefe der Fokussierung beim vierten Vorgang, der später zu beschreiben ist, eingestellt.
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Der vierte Vorgang stellt die zweite Hälfte des zweiten Durchstechvorgangs zum Durchstechen des unteren Teils des Werkstücks W dar. Beim vierten Vorgang werden die Tiefe der Fokussierung und der Fokussierungswert tiefer/größer eingestellt als beim dritten Vorgang, um den unteren Teil des Werkstücks W innerhalb des beim ersten bis dritten Vorgang bearbeiteten Durchstichs h mit dem Laserstrahl L effizient zu bestrahlen. Wie beim dritten Vorgang handelt es sich bei dem Laserstrahl L, der beim vierten Vorgang verwendet wird, um den Strahl, der von dem gepulsten Strahl mit hoher Spitzenleistung gebildet wird. Beim vierten Vorgang wird mit dem Laserstrahl L eine Position bestrahlt, die tiefer in dem Durchstich h liegt als beim dritten Vorgang, wobei die Durchschnittsausgangsleistung des Laserstrahls L höher ist als beim dritten Vorgang. Beim vierten Vorgang wird wie beim dritten Vorgang das Seitengas S in Richtung zum Bearbeitungspunkt mit einer geringeren Strömung ausgestoßen als während des ersten und zweiten Vorgangs, um einen Anstieg der Temperatur des Werkstücks W zu verhindern und um zu unterbinden, dass sich die Spritzer in der Nähe des Durchstichs h ansammeln, wobei gleichzeitig die Zufuhr des Assistenzgases A zum Bearbeitungspunkt sichergestellt wird.
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Die Darstellung von 3 veranschaulicht eine Änderung in der Position des Bearbeitungskopfes und des Laserprofils während eines durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Durchstechens. Die Darstellung von 4 veranschaulicht eine Veränderung der Bearbeitungsparameter während eines mittels der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform ausgeführten Durchstechens. Die vier Vorgänge werden unter Bezug auf die 3 und 4 ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass in 4, der erste Vorgang, der zweite Vorgang, der dritte Vorgang und der vierte Vorgang als t1, t2, t3 bzw. t4 bezeichnet werden.
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Zunächst wird der erste Vorgang beschrieben. Der erste Vorgang ist auf die Oberseite des Werkstücks W gerichtet, die weniger schwierig zu bearbeiten ist, wobei ein Durchstechen bis herab zum zentralen Bereich des Werkstücks W in einem Schritt innerhalb einer kurzen Zeitspanne ausgeführt wird. Beim ersten Vorgang wird ein Loch ausgebildet, dessen Durchmesser größer als der des Durchstichs h ist, der während und nach dem dritten Vorgang ausgebildet wird, um die Effizienz des Durchstechens während und nach dem dritten Vorgang zu erhöhen.
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Beim ersten Vorgang sendet die numerische Steuerung 13 eine Anweisung an den Laseroszillationssteuerschaltkreis 14 und bewirkt eine Oszillation des Laseroszillators 1 mit einem ersten Ausgangsleistungswert. Der erste Ausgangsleistungswert ist z. B. der maximale Ausgangsleistungswert. Es wird darauf hingewiesen, dass der erste Ausgangsleistungswert jedoch nicht auf den maximalen Ausgangsleistungswert beschränkt ist. Die numerische Steuerung 13 steuert ferner die optische Komponente 2 mit variabler Krümmung, um den Strahldurchmesser des in die Linse 4, die sich in dem Bearbeitungskopf 3 befindet, eintretenden Laserstrahls L zu steuern und die Tiefe der Fokussierung auf eine erste Tiefe einzustellen. Die numerische Steuerung 13 sendet an den Servosteuerschaltkreis 12 eine Anweisung zum Verfahren des Bearbeitungskopfes 3 und stellt die Bearbeitungskopfhöhe auf eine erste Höhe ein. Die numerische Steuerung 13 sendet eine Anweisung an den Linsenantriebsmotor 4a, um die Linse 4 entlang der optischen Achse zu verfahren und stellt die Fokusposition auf die defokussierte Position.
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Die numerische Steuerung 13 sendet eine Anweisung an die Seitengaszufuhr 8 und steuert den Seitengasblasdruck des aus der Seitengasdüse 7 ausgestoßenen Seitengases S so, dass er den ersten Druckwert annimmt, der der Ausgangsleistung des Laserstrahls L entsprechend bestimmt wird, wodurch bewirkt wird, dass das zu dem Bearbeitungspunkt auszustoßende Hochdruckseitengas S eine durch den Hochleistungsstrahl verursachte Selbstentzündung verhindert, die heißen Spritzer sofort abgeführt werden und die Sauerstoffreinheit am Bearbeitungspunkt verringert wird. Die Durchstecheffizienz kann beim ersten Vorgang auf das Maximum erhöht werden, indem der erste Ausgangsleistungswert auf die maximale Ausgangsleistung des Laseroszillators eingestellt wird, wobei der Seitengasblasdruck auf den Druck eingestellt wird, der der maximalen Ausgangsleistung entspricht. Es wird darauf hingewiesen, dass bei einem im Vergleich zur Ausgangsleistung des Laserstrahls L zu hohen Seitengasblasdruck die Zufuhr von Sauerstoff zum Bearbeitungspunkt behindert wird, während die Spritzer gleichzeitig aus dem Durchstich h in die Höhe geschleudert werden, und von dem Seitengas S weniger leicht entfernt werden können.
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Als Nächstes sendet die numerische Steuerung 13 beim zweiten Vorgang eine Anweisung an den Laseroszillationssteuerschaltkreis 14, um die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L zu beenden. Die numerische Steuerung 13 hält den Seitengasblasdruck und die Bearbeitungskopfhöhe auf dem ersten Druckwert und der ersten Höhe, die mit denen beim ersten Vorgang identisch sind. Auch wenn die Bestrahlung mit dem Laserstrahl L beim zweiten Vorgang nicht vorgenommen wird, wird die im ersten Vorgang auftretende Oxidationsverbrennungsreaktion nicht sofort gestoppt; daher wird die Oxidationsreaktion durch kontinuierliches Ausstoßen des Seitengases S mit hohem Druck, Abführen der heißen Spritzer aus dem Durchstich h und Verringern der Sauerstoffreinheit am Bearbeitungspunkt unterbrochen. Zudem muss, um die Effizienz des Abführens der geschmolzenen Spritzer zu erhöhen, sichergestellt werden, dass zwischen dem Bearbeitungskopf 3 und der oberen Oberfläche des Werkstücks W ein ausreichend großer Abstand vorliegt; daher wird die erste Höhe auch beim zweiten Vorgang beibehalten. Die Höhe des Bearbeitungskopfes wird beim zweiten Vorgang auf der ersten Höhe gehalten, um die die geschmolzenen Spritzer effizienter abzuführen. Es muss nicht darauf hingewiesen werden, dass die Effizienz des Abführens der geschmolzenen Spritzer weiter erhöht werden kann, indem die Höhe des Bearbeitungskopfes beim zweiten Vorgang auf die erste Höhe oder höher eingestellt wird. Daher wird der Bearbeitungskopf 3 beim zweiten Vorgang so gesteuert, dass er sich an einer geeigneten Position befindet, damit die Effizienz des Abführens der geschmolzenen Spritzer nicht dadurch abnimmt, dass der Bearbeitungskopf 3 zu nahe an das Werkstück W heranrückt.
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Außerdem sendet die numerische Steuerung 13 eine Anweisung an die optische Komponente 2 mit variabler Krümmung und ändert den Strahldurchmesser des Laserstrahls L, um die Tiefe der Fokussierung auf eine zweite Tiefe zu ändern, die tiefer ist als die erste Tiefe. Die numerische Steuerung 13 sendet ferner eine Anweisung an den Linsenantriebsmotor 4a, um die Linse 4 zu verfahren und die Fokusposition auf eine erste fokussierte Position zu ändern. Die Aktion zum Ändern von sowohl der Fokusposition als auch der Tiefe der Fokussierung erfolgt in Vorbereitung des dritten Vorgangs, wobei beim zweiten Vorgang, bei dem keine Bestrahlung mit dem Laserstrahl L erfolgt, die Änderung der Tiefe der Fokussierung und der Fokusposition keine Auswirkung hat. Durch Ändern der Fokusposition von der defokussierten Position in die erste fokussierte Position und der Tiefe der Fokussierung von der ersten Tiefe zu der zweiten Tiefe während des zweiten Vorgangs kann die Zeit nach Beendigung des zweiten Vorgangs bis zum Beginn des dritten Vorgangs verringert werden.
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Als Nächstes sendet die numerische Steuerung 13 beim dritten Vorgang eine Anweisung an den Laseroszillationssteuerschaltkreis 14 und bewirkt ein Oszillieren des Laseroszillators 1 mit der Impulswelle des ersten Ausgangsleistungswerts. Das Abführen der Spritzer aus dem Durchstich h beim dritten Vorgang zum Bearbeiten des unteren Teils des Durchstichs h, das in dem ersten Vorgang ausgebildet wurde, ist schwierig; daher bewirkt eine hohe Laserausgangsleistung, dass das bearbeitete Werkstück W Hitze im Übermaß absorbiert, woraus eine Selbstentzündung resultiert. Der gepulste Laserstrahl L aus dem oszillierenden Laseroszillator 1 wird so eingestellt, dass er eine geringe mittlere Ausgangsleistung und eine hohe Spitzenausgangsleistung aufweist, wodurch ein Durchstechen mit hoher Effizienz realisiert wird, während gleichzeitig verhindert wird, dass das Werkstück W Hitze im Übermaß absorbiert, wodurch eine Selbstentzündung unterbunden wird.
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Außerdem sendet die numerische Steuerung 13 beim dritten Vorgang eine Anweisung an den Servosteuerschaltkreis 12 zum Verfahren des Bearbeitungskopfes 3 und stellt die Bearbeitungskopfhöhe auf eine zweite Höhe ein, die höher als die erste Höhe ist. Das Assistenzgas A am Boden des Durchstichs h wird so mit hoher Reinheit zugeführt. Die numerische Steuerung 13 sendet an die Seitengaszufuhr 8 eine Anweisung zum Ändern des Seitengasblasdrucks des aus der Seitengasdüse 7 ausgestoßenen Seitengases S auf einen zweiten Druck, der geringer als der erste Druck ist. Dies führt dazu, dass die Seitengasdüse 7 das Seitengas S zum Bearbeitungspunkt mit einer zweiten Strömung ausstößt, die geringer als die erste Strömung beim ersten Vorgang ist. Die numerische Steuerung 13 hält die Fokusposition und die Tiefe der Fokussierung auf der ersten fokussierten Position bzw. der zweiten Tiefe.
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Beim vierten Vorgang sendet die numerische Steuerung 13 an den Laseroszillationssteuerschaltkreis 14 eine Anweisung und bewirkt, dass der Laseroszillator 1 mit dem gepulsten Strahl des ersten Ausgangsleistungswertes oszillieren gelassen wird. Die numerische Steuerung 13 sendet eine Anweisung an die optische Komponente 2 mit variabler Krümmung, um die Tiefe der Fokussierung auf eine dritte Tiefe zu ändern, die tiefer als die zweite Tiefe ist. Die numerische Steuerung 13 sendet ferner eine Anweisung an den Linsenantriebsmotor 4a, um die Fokusposition auf eine zweite fokussierte Position zu ändern. Zudem hält die numerische Steuerung 13 den Seitengasblasdruck und die Bearbeitungskopfhöhe auf dem zweiten Druckwert bzw. der zweiten Höhe, die identisch zu denen beim dritten Vorgang sind.
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Die Darstellung von 5 veranschaulicht ein Beispiel eines modifizierten Aufbaus der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 101 gemäß dem Beispiel für den modifizierten Aufbau weist zusätzlich zu dem in 1 dargestellten Aufbau eine Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 auf, die zum Bearbeitungspunkt des Werkstücks W einen Spritzeradhäsionsinhibitor O ausstößt, sowie eine Spritzeradhäsionsinhibitorzuführung 10, die der Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 den Spritzeradhäsionsinhibitor zuführt.
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Ein Anweisungswert von der numerischen Steuerung 13 bewirkt, dass die Spritzeradhäsionsinhibitorzuführung 10 der Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 den Spritzeradhäsionsinhibitor O zuführt. Der Spritzeradhäsionsinhibitor O enthält hierbei einen Bestandteil, bei dem es sich um ein Oberflächenschmiermittel oder Öl handelt, das verhindert, dass Spritzer an dem Werkstück W anhaften. Der Spritzeradhäsionsinhibitor O, der der Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 zugeführt wird, wird aus der Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 in die Nähe des Durchstichs h am Werkstück W ausgestoßen, und wird dazu verwendet, das Anhaften von Spritzern im Bereich des Durchstichs h zu verhindern.
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Die Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 ist unabhängig vom Bearbeitungskopf 3 befestigt, damit der Spritzeradhäsionsinhibitor O nicht an der Düse 5 anhaftet. Der Bearbeitungskopf 3 wird beim Ausstoßen des Spritzeradhäsionsinhibitors O nach oben in eine Rückzugsposition verfahren.
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Bei einem Aufbau, der die Spritzeradhäsionsinhibitordüse 9 und die Spritzeradhäsionsinhibitorzuführung 10 aufweist, wird der Spritzeradhäsionsinhibitor O nach Abschluss des zweiten Vorgangs dem Bearbeitungspunkt zugeführt, nachdem der Bearbeitungskopf 3 bei unterbrochenem Seitengasblasen nach oben in die Rückzugsposition verfahren wurde. Mit einer solchen Aktion kann das Anhaften der Spritzer an dem Werkstück W verhindert werden.
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Auch, wenn ein Beispiel zur Ausführung des zweiten Durchstechvorgangs in zwei Vorgängen beschrieben wurde, kann der zweite Durchstechvorgang auch in drei oder mehr Vorgängen vorgenommen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass, auch wenn die Ausgangsleistung, die Tiefe der Fokussierung und die Fokusposition des Laserstrahls L ebenso wie die Bearbeitungskopfhöhe und der Seitengasblasdruck während des zweiten Durchstechvorgangs kontinuierlich geändert werden können, diese einfacher gesteuert werden können, wenn sie schrittweise geändert werden.
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Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform führt dem Bearbeitungspunkt das seitlich zugeblasene Gas während des ersten Durchstechvorgangs und des zweiten Durchstechvorgangs zu, wobei eine Selbstentzündung selbst dann verhindert werden kann, wenn die Laserausgangsleistung auf die Ausgangsleistung erhöht wird, bei der die Selbstentzündung ohne das Beblasen mit Seitengas auftreten würde. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführung führt ein Durchstechen mit dem Hochleistungslaserstrahl L so durch, dass die zum Durchstechen erforderliche Zeit im Vergleich dazu verringert werden kann, wenn das Durchstechen mit einer Laserausgangsleistung vorgenommen wird, die selbst ohne Beblasen mit Seitengas zu keiner Selbstentzündung führen würde.
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Außerdem ändert die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform während des zweiten Durchstechvorgangs die Ausgangsleistung des Laserstrahls L auf den dritten Ausgangsleistungswert, der kleiner als der erste Ausgangsleistungswert und größer als der zweite Ausgangsleistungswert ist, ändert die Fokusposition auf die zweite fokussierte Position, die einen größeren Fokussierungswert als die erste fokussierte Position aufweist, und ändert die Tiefe der Fokussierung auf die dritte Tiefe, die tiefer als die zweite Tiefe ist, ausgehend von dem Zustand, bei dem die Ausgangsleistung des Laserstrahls L auf den zweiten Ausgangsleistungswert eingestellt ist, der kleiner als der erste Ausgangsleistungswert ist, bei dem die Fokusposition auf die erste fokussierte Position eingestellt ist, bei dem die Tiefe der Fokussierung auf die zweite Tiefe eingestellt ist, die tiefer als die erste Tiefe ist, und bei dem der Seitengasblasdruck auf den zweiten Druckwert eingestellt ist, der geringer als der erste Druckwert ist. Dies führt dazu, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Durchstecheffizienz erhöhen und die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit verringern kann.
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Zweite Ausführungsform
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Die Darstellung von 6 zeigt eine Gerätekonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie ferner einen Temperatursensor 15 aufweist. Beim Temperatursensor 15 handelt es sich um einen Sensor zum Messen der Temperatur des Werkstückes W im Umfeld eines Bearbeitungspunktes. Die von der Laserbearbeitungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform umfassten Komponenten ähneln jenen der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform mit Ausnahme des Temperatursensors 100.
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Bei der zweiten Ausführungsform speichert die numerische Steuerung 13 eine Bearbeitungsparametereinstellfunktion, bei der es sich um eine Funktion handelt, die die Beziehung zwischen der Temperatur des Werkstückes W und dem Einstellwert einer jeden Komponente des Bearbeitungsparameters wiedergibt und berechnet den Einstellwert des Bearbeitungsparameters durch Einsetzen des Ergebnisses der mit Hilfe des Temperatursensors 115 vorgenommenen Messung in die Bearbeitungsparametereinstellfunktion. Wenn ein Wert des Bearbeitungsparameters bei einer Referenztemperatur als Referenzwert verwendet wird, stellt die Bearbeitungsparametereinstellfunktion eine Funktion dar, die den Einstellwert entsprechend einer Temperaturdifferenz zwischen der Referenztemperatur und der Temperatur des Werkstückes W als Zunahme oder Abnahme relativ zum Referenzwert des Bearbeitungsparameters definiert. Die Bearbeitungsparametereinstellfunktion wird auf Basis des Ergebnisses eines tatsächlich vorgenommenen Durchstechens erhalten. Die numerische Steuerung 13 verwendet den Bearbeitungsparameter, der unter Verwendung der Bearbeitungsparametereinstellfunktion eingestellt wurde, um die Laserbearbeitung durchzuführen.
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Das Flussdiagramm von 7 veranschaulicht den Ablauf eines von der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform vorgenommenen Durchstechvorgangs. Der Temperatursensor 15 misst die Temperatur des Werkstückes W vor dem Bestrahlen mit einem Laser bei einem ersten Durchstechvorgang, einem zweiten Durchstechvorgang und einem Schneidvorgang. D. h., dass der Temperatursensor 15 die Temperatur des Werkstückes W in den Schritten S11 bis S14 jeweils vor einem ersten Vorgang in Schritt S01, einem dritten Vorgang in Schritt S03, einem vierten Vorgang in Schritt S04 und einem Schneidvorgang in Schritt S05 misst. Anschließend wird beim ersten Vorgang in Schritt S01 eine Bearbeitung mit dem auf Basis des Ergebnisses der mit dem Temperatursensor 15 in Schritt S11 vorgenommenen Messung eingestellten Bearbeitungsparameter durchgeführt. Beim dritten Vorgang in Schritt S03 erfolgt die Bearbeitung mit dem auf Basis des Ergebnisses der mit dem Temperatursensor 15 in Schritt S12 vorgenommenen Messung eingestellten Bearbeitungsparameter. Beim vierten Vorgang in Schritt S04 erfolgt die Bearbeitung mit dem auf Basis des Ergebnisses der mit Hilfe des Temperatursensors 15 in Schritt S13 vorgenommenen Messung eingestellten Bearbeitungsparameter. Beim Schneidvorgang in Schritt S05 erfolgt die Laserbearbeitung mit dem auf Basis des Ergebnisses der mit dem Temperatursensor 15 Schritt S14 vorgenommenen Messung eingestellten Bearbeitungsparameter.
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Es wird darauf hingewiesen, dass die beim ersten Vorgang in Schritt S01, die beim dritten Vorgang in Schritt S03, die beim vierten Vorgang in Schritt S04 und die beim Schneidvorgang in Schritt S05 verwendeten Bearbeitungsparametereinstellfunktionen identisch oder verschieden sein können.
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Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung ändert sich abhängig von den individuellen Unterschieden in der Zusammensetzung des Werkstückes W, den individuellen Unterschieden im Zustand des Oberflächenoxidfilms auf dem Werkstück W und der aktuellen Resthitze in dem Werkstück W. Bei der zweiten Ausführungsform wird die Temperatur des Werkstückes W mit Hilfe des Temperatursensors 15 gemessen, um den Bearbeitungsparameter einzustellen. Daher ist die zweite Ausführungsform effektiver bezüglich eines Verhinderns des Auftretens einer Selbstentzündung und eines Verhinderns einer Zunahme der Durchstechzeit als die erste Ausführungsform. Das bedeutet, dass die zweite Ausführungsform in Bezug auf ein Verhindern eines Auftretens einer Selbstentzündung ähnlich der ersten Ausführung ist, jedoch im Vergleich zur ersten Ausführungsform die Durchstechzeit weiter reduzieren kann.
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Dritte Ausführungsform
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Die Darstellung von 8 zeigt eine Gerätekonfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform darin, dass sie ferner einen optischen Sensor 16 aufweist. Der optische Sensor 16 ist ein Sensor, der eine optische Intensität eines Bearbeitungspunktes erfasst. Die numerische Steuerung 13 kann das Auftreten einer Selbstentzündung und die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit auf Basis der mit dem optischen Sensor 16 erfassten optischen Intensität erfassen. Die von der Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform umfassten Komponenten ähneln jenen der Laserbearbeitungsvorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform mit Ausnahme des optischen Sensors 16.
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Zwischen der Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung und der zum Durchstechen des Durchstichs h erforderlichen Zeit besteht eine Kompromissbeziehung. Daher nimmt die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit zu, wenn ein Maschinenparameter so gesetzt ist, dass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung verringert wird, wohingegen die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung zunimmt, wenn der Bearbeitungsparameter so gesetzt wird, dass die Zeit, die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderlich ist, verringert wird.
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Bei der dritten Ausführungsform korrigiert die numerische Steuerung 13 die Bearbeitungsparametereinstellfunktion auf Basis des mit dem optischen Sensor 16 erfassten Ergebnisses, um den Bearbeitungsparameter so zu korrigieren, dass im Falle einer Selbstentzündung die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung reduziert wird, auch wenn dies zu einer Zunahme der Durchstechzeit führt, und auch um den Bearbeitungsparameter so zu korrigieren, dass im Falle eines Durchstechens des Durchstichs h ohne dass eine Selbstentzündung auftritt, der Durchstich h in einer kürzeren Zeitspanne durchgestochen werden kann. Die numerische Steuerung 13 korrigiert also die Bearbeitungsparametereinstellfunktion so, dass der Bearbeitungsparameter so geändert wird, dass dieser eine Einstellung besitzt, die im Falle einer Selbstentzündung zu einer Zunahme der Zeit führt, und korrigiert die Bearbeitungsparametereinstellfunktion so, dass der Bearbeitungsparameter so geändert wird, dass dieser eine Einstellung besitzt, die zu einer Verringerung der Zeit führt, wenn der Durchstich h ohne Auftreten einer Selbstentzündung durchgestochen wird.
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Konkret korrigiert die Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform die Bearbeitungsparametereinstellfunktion auf Basis des Auftretens einer Selbstentzündung und der zum Durchstechen des Durchstichs h erforderlichen Zeit, die über den optischen Sensor 16 erfasst werden. Das Flussdiagramm von 9 veranschaulicht den Arbeitsablauf zum Korrigieren der Bearbeitungsparametereinstellfunktion der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform. Die Bearbeitungsparametereinstellfunktion wird von der numerischen Steuerung 13 jedes Mal, wenn ein Durchstechen vorgenommen wird, korrigiert.
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In Schritt S51 importiert die numerische Steuerung 13 das Ergebnis der mit Hilfe des optischen Sensors 16 vorgenommenen Messung. In Schritt S52 bestimmt die numerische Steuerung 13 auf Basis des Ergebnisses der mit dem optischen Sensor 16 vorgenommenen Messung, ob ein Entzündungserfassungssignal erzeugt wurde oder nicht. Bei Vorliegen eines Entzündungserfassungssignals (Schritt S52: Ja) fährt die numerische Steuerung 13 mit Schritt S56 fort und korrigiert die Bearbeitungsparametereinstellfunktion, um zu einer Einstellung zu gelangen, die zu einer Zunahme der Zeit führt, zeichnet die korrigierte Funktion auf und legt sie als oberen Grenzwert für die Einstellung fest, die zu einer Verminderung der Zeit führt. Die numerische Steuerung 13 beendet den Vorgang nach Schritt S56.
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Wenn kein Entzündungserfassungssignal vorliegt (Schritt S52: Nein), fährt die numerische Steuerung 13 mit Schritt S53 fort und bestimmt, ob die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit kürzer als die Durchstechzeit beim vorherigen Durchstechen ist. Die numerische Steuerung 13 führt den Vorgang zu Ende, wenn die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit kürzer als die Durchstechzeit beim vorhergehenden Durchstechen ist (Schritt S53: Ja). Wenn die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit länger oder gleich der Durchstechzeit beim vorhergehenden Durchstechen ist (Schritt S53: Nein), fährt die numerische Steuerung 13 mit Schritt S54 fort und bestimmt, ob eine aktuelle Bearbeitungsparametereinstellfunktion als oberer Grenzwert für die Einstellung festgelegt ist, die zu einer Verringerung der Zeit führt. Die numerische Steuerung 13 führt den Vorgang zu Ende, wenn die aktuelle Bearbeitungsparametereinstellfunktion als Obergrenze für die Einstellung festgelegt ist, die zu einer Verringerung der Zeit führt (Schritt S54: Ja). Wenn die aktuelle Bearbeitungsparametereinstellfunktion nicht als Obergrenze für die Einstellung, die zu einer Verringerung der Zeit führt, gesetzt ist (Schritt S54: Nein), fährt die numerische Steuerung 13 mit Schritt S55 fort und korrigiert die Bearbeitungsparametereinstellfunktion so, dass sie eine Einstellung aufweist, die zu einer Verringerung der Zeit führt. Die numerische Steuerung 13 beendet den Vorgang nach Schritt S55.
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Die Bearbeitungsparametereinstellfunktion wird vorzugsweise für jede Materialspezifikation erhalten, wobei sie jedoch, wie oben beschrieben, auf Basis des Ergebnisses des tatsächlichen Durchstechens erhalten wird. Das Problem besteht darin, dass es sehr aufwendig ist, die Bearbeitungsparametereinstellfunktion für alle Materialspezifikationen zu erhalten, die möglicherweise Gegenstand einer Bearbeitung sein können, und diese in der numerischen Steuerung 13 zu speichern. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform bewirkt, dass der optische Sensor 16 das Auftreten einer Selbstentzündung und die zum Durchstechen des Durchstichs h erforderliche Zeit erfasst, und korrigiert die Bearbeitungsparametereinstellfunktion auf Basis des mit dem optischen Sensors 16 erfassten Ergebnisses. Infolgedessen kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform die Bearbeitungsparametereinstellfunktion einer repräsentativen Materialspezifikation verwenden, wenn sie den Bearbeitungsparameter für ein Material mit ähnlicher Spezifikation einstellt; dadurch kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 103 den Aufwand zum Erzeugen der Bearbeitungsparametereinstellfunktion und zum Speichern dieser in der numerischen Steuerung 13 verringern.
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Außerdem kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 103 gemäß der dritten Ausführungsform selbst während der Bearbeitung eines Materials mit gleichen Spezifikationen verhindern, dass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung aufgrund individueller Unterschiede in der Materialzusammensetzung, der individuellen Unterschiede im Zustand einer Oberflächenoxidschicht und einer Änderung der aktuellen Resthitze im Werkstück W zunimmt.
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Vierte Ausführungsform
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Die Darstellung von 10 zeigt einen Geräteaufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der ein Laserbearbeitungsverfahren gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich von der dritten Ausführungsform darin, dass sie ferner eine Kühlfluidstrahldüse 17 aufweist. Bei der Kühlfluidstrahldüse 17 handelt es sich um eine Düse, aus der ein Strahl eines Kühlfluids in Richtung der Nachbarschaft eines Bearbeitungspunktes an dem Werkstück W ausgestoßen wird. Bei dem Kühlfluid kann es sich z. B. um Wasser handeln. Die von der Laserbearbeitungsvorrichtung 104 gemäß der vierten Ausführungsform umfassten Komponenten ähneln jenen der dritten Ausführungsform, mit Ausnahme der Kühlfluidstrahldüse 17.
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Das Flussdiagramm von 11 veranschaulicht den Betriebsablauf der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform. Die Kühlfluidstrahldüse 17 stößt das Kühlfluid, jeweils unmittelbar vor einem ersten Durchstechvorgang, einem Kühlvorgang und einem Schneidvorgang, in einem Strahl zum Werkstück W hin aus. Das bedeutet, dass die Kühlfluidstrahldüse 17 das Kühlfluid in den Schritten S21, S22 und S23 unmittelbar vor einem ersten Vorgang in Schritt S01, in einem zweiten Vorgang in Schritt S02 bzw. dem Schneidvorgang in Schritt S05 auf das Werkstück W ausstößt.
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Die Temperatur des Werkstückes W nimmt ab, indem das Kühlfluid in den Schritten S21, S22 und S23 auf das Werkstück W gerichtet wird. Daher wird im Vergleich zu einem Fall, bei dem kein Kühlfluidstrahl ausgestoßen wird, die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten einer Selbstentzündung verringert, sodass die Bearbeitung stabilisiert werden kann.
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Die in den zuvor angeführten Ausführungsformen veranschaulichten Konfigurationen veranschaulichen lediglich Beispiele des Gegenstands der vorliegenden Erfindung und können daher mit anderen bekannten Techniken kombiniert oder teilweise weggelassen und/oder modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1 Laseroszillator, 2 optische Komponente mit variabler Krümmung, 3 Bearbeitungskopf, 4 Linse, 4a Linsenantriebsmotor, 5 Düse, 5a Abstandssensor, 6 Assistenzgaszuführung, 7 Seitengasdüse, 8 Seitengaszuführung, 9 Spritzeradhäsionsinhibitordüse, 10 Spritzeradhäsionsinhibitorzuführung, 11 Abstandsteuerung, 12 Servosteuerschaltkreis, 13 numerische Steuerung, 14 Laseroszillationssteuerschaltkreis, 15 Temperatursensor, 16 optischer Sensor, 17 Kühlfluidstrahldüse, 20 Bearbeitungstisch, 20a Montageoberfläche, 21x X-Achsenservomotor, 21y Y-Achsenservomotor, 21z Z-Achsenservomotor, 100, 101, 102, 103, 104 Laserbearbeitungsvorrichtung.
