DE112018007429B4

DE112018007429B4 - Laserbearbeitungsmaschine, steuergerät und bestimmungsverfahren

Info

Publication number: DE112018007429B4
Application number: DE112018007429.3T
Authority: DE
Inventors: Motoaki Nishiwaki; Toshiki Koshimae; Hiroyoshi Omura; Takahiro Kozuki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-07
Filing date: 2018-05-07
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2038-05-08
Also published as: JPWO2019215793A1; CN112203797A; WO2019215793A1; CN112203797B; DE112018007429T5; US20210031305A1; JP6482740B1

Abstract

Laserbearbeitungsmaschine (100), die aufweist:eine Laseroszillatoreinheit (1) zum Emittieren eines Laserstrahls (4);eine Bearbeitungskopfeinheit (5) zur Laserbearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts (9) durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl (4);eine Bearbeitungsmaschinensteuereinheit (16) zur Steuerung der Laseroszillatoreinheit (1) und der Bearbeitungskopfeinheit (5);eine Lichtmesseinheit (8) zur Messung des von dem zu bearbeitenden Objekt (9) gestreuten Lichts (L1), wobei das Streulicht (L1) erzeugt wird,wenn das zu bearbeitende Objekt (9) mit dem Laserstrahl (4) bestrahlt wird, und zur Ausgabe eines dem Streulicht (L1) entsprechenden Signals;eine Schwellwerteinstelleinheit (14) zum Festlegen eines Schwellwertes (B3), der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) in einem Durchstechvorgang durchdrungen hat,auf Basis des während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegebenen Signals; undeine Penetrationsbestimmungseinheit (13), um auf Basis des Signals unddes Schwellwerts (B3) zu bestimmen, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) durchdrungen hat,wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) den Schwellwert (B3) auf Basiseines im Voraus festgelegten Referenzsignals,eines Bestimmungskriteriumswertes, der als Kriterium zur Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) bei der Durchführung eines Durchstechvorgangs unter einer Bedingung, dass das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit (8) ausgegeben wird, durchdrungen hat, und des Signalsfestlegt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Laserbearbeitungsmaschine, ein Steuergerät und ein Bestimmungsverfahren zum Erfassen der Penetration bei einem Durchstechprozess.
Hintergrund
Eine Laserbearbeitungsmaschine, die einen Schneidvorgang an einem zu bearbeitenden Objekt durchführt, führt an dem zu bearbeitenden Objekt einen Durchstechprozess aus und führt dann den Schneidvorgang an dem zu bearbeitenden Objekt durch. Bei der Laserbearbeitungsmaschine kann die Bearbeitungszeit verkürzt werden, wenn der Schneidvorgang an dem zu bearbeitenden Objekt unmittelbar nach einer korrekten Erfassung des Zeitpunkts, an dem ein Loch das zu bearbeitende Objekt in dem Durchstechprozess durchdrungen hat, gestartet wird.
Eines der Verfahren zur Bestimmung des Zeitpunkts, an dem ein Loch ein zu bearbeitendes Objekt durchdringt, ist ein Verfahren, bei dem das von einem zu bearbeitenden Objekt gestreute Licht während der Laserbearbeitung erfasst wird und anhand der Lichtintensität des Streulichts bestimmt wird, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt durchdrungen hat.
Die JP H09- 52 187 A offenbart ein Laserbearbeitungssystem, das dazu in der Lage ist, Durchdringungs-Erfassungs-Information, welche angibt, dass ein bearbeitetes Objekt von einem Loch durchdrungen wurde, zu korrigieren.
Die JP 2004- 330 277 A offenbart eine weitere Laserbearbeitungsmaschine.
Eine Laserbearbeitungsmaschine , die dazu in der Lage ist Licht zu detektieren, welches von einem Bearbeitungsabschnitt eines bearbeiteten Objekts emittiert wird, ist in der JP H06- 91 384 A beschrieben. Eine Steuerung stellt die Vollendung einer Durchdringung auf der Grundlage der Menge des detektierten Lichts fest.
Die DE 691 14 399 T2 offenbart eine Vorrichtung zum Detektieren eines Zustandes beim Schneiden von Metallblech durch Laserbearbeitung. Die Vorrichtung weist einen Sensorkopf auf, um Licht, welches bei der Laserbearbeitung auf dem Metallblech hervorgerufen wird, zu sammeln und zu einer Detektionseinheit zu führen. Das Licht wird in elektrische Signale umgewandelt, welche mit Referenzwerten verglichen werden.
Die DE 10 2012 219 196 B3 offenbart das Bohren von Werkstücken aus Metall mittels einer Laserbearbeitung. Ein gepulster Laserstrahl wird auf einen Bearbeitungsort am Werkstück fokussiert. Eine Intensität einer vom Bearbeitungsort ausgehenden Prozessstrahlung wird zu mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten während Pulspausen ermittelt Ein Gradient der Intensität der Prozessstrahlung wird bestimmt und mit einem Gradienten-Schwellwert verglichen, um einen spontanen Materialabtrag zu detektieren, wenn die Anzahl zu welcher der Gradienten-Schwellwert überschritten wird, über einem vorbestimmten Schwellwert liegt.
Dokument DE 10 2018 105 592 A1 weist ein Veröffentlichungsdatum auf, welches nach dem Anmeldetag der vorliegenden Patentanmeldung liegt. Das Dokument schlägt ein Verfahren und eine Vorrichtung vor, um die Qualität von durch Laserbohren gebohrten Löchern zu kontrollieren. Dies wird erreicht, indem eine Änderung der Intensität während dem Laserbohren detektiert und mit einem Schellwert verglichen wird.
Eine in der JP 2010 - 094 693 A beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung misst vor Beginn eines Durchstechprozesses einen Vergleichskurvenverlauf, vergleicht den Vergleichskurvenverlauf mit einem Kurvenverlauf von gestreutem Licht, das während eines tatsächlichen Prozesses erfasst wurde, und bestimmt die Qualität des Prozesses auf Basis des Vergleichsergebnisses.
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Bei der Technik der oben beschriebenen JP 2010 - 094 693 A tritt zu Beginn des Prozesses kein Problem auf, da der vorab gemessene Vergleichskurvenverlauf während des Durchstechvorgangs als Schwellwert verwendet wird. Wenn sich bei der oben beschriebenen Technik der JP 2010 - 094 693 A jedoch die Intensität des von dem zu bearbeitenden Objekt reflektierten Lichts, die den tatsächlichen Kurvenverlauf beeinflusst, infolge einer Kontamination einer Bearbeitungsdüse ändert, die durch eine zeitliche Veränderung oder dergleichen verursacht wird, weicht der infolge der Verschmutzung der Bearbeitungsdüse oder dergleichen tatsächlich erhaltene Kurvenverlauf von dem ursprünglich verwendeten Vergleichskurvenverlauf ab. Infolgedessen entsteht ein Unterschied zwischen einem anfänglich festgelegten Schwellwert und einem tatsächlich zu verwendenden Schwellwert und es kann unter Umständen nicht exakt bestimmt werden, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt durchdrungen hat.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf das oben Dargelegte, wobei eine Aufgabe darin besteht, eine Laserbearbeitungsmaschine anzugeben, mit der auch bei einer zeitlichen Veränderung exakt bestimmt werden kann, ob ein Loch ein zu bearbeitendes Objekt durchdrungen hat.
Lösung der Problemstellung
Die vorstehende Aufgabe wird durch die Kombination der Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Eine Laserbearbeitungsmaschine umfasst eine Laseroszillatoreinheit, die einen Laserstrahl emittiert, eine Bearbeitungskopfeinheit, die ein zu bearbeitendes Objekt mit dem Laser bearbeitet, indem eine Bestrahlung mit dem Laserstrahl durchgeführt wird, eine Bearbeitungsmaschinensteuereinheit, die die Laseroszillatoreinheit und die Bearbeitungskopfeinheit steuert, und eine Lichtmesseinheit, die das von dem zu bearbeitenden Objekt gestreute Licht misst, wobei das Streulicht erzeugt wird, wenn das zu bearbeitende Objekt mit dem Laserstrahl bestrahlt wird, und die ein dem gestreuten Licht entsprechendes Signal ausgibt. Die Laserbearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ferner eine Schwellwerteinstelleinheit, die auf Basis des während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn eines Durchstechvorgangs ausgegebenen Signals einen Schwellwert festlegt, der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt in dem Durchstechvorgang durchdrungen hat, und eine Penetrationsbestimmungseinheit, die auf Basis des Signals und des Schwellwerts bestimmt, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt durchdrungen hat. Erfindungsgemäß legt die Schwellwerteinstelleinheit den Schwellwert auf Basis eines im Voraus festgelegten Referenzsignals, eines Bestimmungskriteriumswertes, der als Kriterium zur Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt bei der Durchführung eines Durchstechvorgangs unter einer Bedingung, dass das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit ausgegeben wird, durchdrungen hat, und des Signals fest.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Mit einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, auch bei einer zeitlichen Veränderung genau zu bestimmen, ob ein Loch ein zu bearbeitendes Objekt durchdrungen hat.
Figurenliste

1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines in der Laserbearbeitungsmaschine gemäß der Ausführungsform enthaltenen Bearbeitungskopfes.
3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Streuung eines Laserstrahls, bevor ein Loch ein Werkstück durchdrungen hat.
4 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Streuung des Laserstrahls, nachdem das Loch das Werkstück durchdrungen hat.
5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines in der Laserbearbeitungsmaschine gemäß der Ausführungsform enthaltenen Steuergeräts.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Bearbeitungsablaufs eines von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß eines Vergleichsbeispiels durchgeführten Durchstechvorgangs.
7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Penetrationsbestimmungsverfahrens.
8 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für ein von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Penetrationsbestimmungsverfahren.
9 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für den Bearbeitungsablauf eines von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Ausgabespannungsbezugs.
10 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für den Bearbeitungsablauf einer von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Penetrationsbestimmung.
11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines von einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform durchgeführten Penetrationsbestimmungsverfahrens.
12 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Zeitpunkts der Penetration, der durch ein Penetrationsbestimmungsverfahren gemäß der Ausführungsform ermittelt wird.

Beschreibung einer Ausführungsform
Nachfolgend werden gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Laserbearbeitungsmaschine, ein Steuergerät und ein Bestimmungsverfahren unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsform beschränkt.
1 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Eine Laserbearbeitungsmaschine 100 legt einen Schwellwert fest, der als Kriterium dient, um zu bestimmen, ob ein Loch während eines Lochbohrvorgangs, der einen Arbeitsgang eines Durchstechprozesses darstellt, ein Werkstück 9 durchdrungen hat, und bestimmt anhand des Schwellwerts, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat.
Die Laserbearbeitungsmaschine 100 umfasst einen Laseroszillator 1, bei dem es sich um eine Laseroszillatoreinheit handelt, die einen Laserstrahl 4 emittiert, eine Laserbearbeitungseinheit 20, die das plattenförmige Werkstück 9 durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl 4 laserbearbeitet, wobei es sich bei dem Werkstück 9 um ein zu bearbeitendes Objekt handelt, ein Steuergerät 10, das den Laseroszillator 1 und die Laserbearbeitungseinheit 20 steuert, und eine Alarmausgabevorrichtung 35, bei der es sich um eine Alarmausgabeeinheit handelt.
Die Laserbearbeitungseinheit 20 umfasst einen Bearbeitungskopf 5, bei dem es sich um eine Bearbeitungskopfeinheit handelt, wobei eine Düse 6 an einer Spitze des Bearbeitungskopfes 5 angeordnet ist. Das Werkstück 9 wird auf einem Bearbeitungstisch 7 angeordnet. Das Werkstück 9 wird aus der Düse 6 mit dem Laserstrahl 4 des Laseroszillators 1 bestrahlt.
2 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung einer Konfiguration eines in der Laserbearbeitungsmaschine gemäß der Ausführungsform enthaltenen Bearbeitungskopfes. Ein optischer Sensor 8 ist an dem Bearbeitungskopf 5 angeordnet. Der optische Sensor 8 ist an einer Position angeordnet, die der Laserstrahl 4 nicht passiert. Der optische Sensor 8 weist eine Fotodiode auf, wobei die Fotodiode verwendet wird, um das von dem Werkstück 9 oder dergleichen während der Laserbearbeitung gestreute Licht zu erfassen.
Wenn der Laserstrahl 4 aus der Düse 6 des Bearbeitungskopfes 5 emittiert wird, wird eine Bestrahlungsposition 3 des Werkstücks 9 mit dem Laserstrahl 4 bestrahlt. Der optische Sensor 8, der ein Beispiel für eine Lichtmesseinheit ist, empfängt während der Laserbearbeitung an der Bestrahlungsposition 3 gestreutes Licht L1 und gibt in Abhängigkeit von der Menge des empfangenen Streulichts L1 eine Spannung aus. Die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 wird an das Steuergerät 10 gesendet. Der optische Sensor 8 kann ein anderes Signal als die Spannung an das Steuergerät 10 senden, solange es sich um ein von der Lichtmenge abhängiges Signal handelt.
Bei dem Steuergerät 10 handelt es sich um einen Computer, der den in der Laserbearbeitungseinheit 20 enthaltenen Bearbeitungskopf 5 und dergleichen steuert. Das Steuergerät 10 bestimmt anhand einer Änderung der während des Durchstechvorgangs aufgenommenen Ausgabespannung, ob an der Bestrahlungsposition 3 ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat. Der Zeitpunkt, an dem das Loch das Werkstück 9 durchdringt, ist der Zeitpunkt des Endes des Durchstechvorgangs. In der folgenden Beschreibung wird die Bestimmung, ob ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, auch als Penetrationsbestimmung bezeichnet. Ferner bestimmt das Steuergerät 10 eine Anomalie beim Durchstechvorgang auf Basis der während des Durchstechvorgangs aufgenommenen Ausgabespannung, wobei das Steuergerät 10 die Alarmausgabevorrichtung 35 bei Vorliegen einer Anomalie zur Ausgabe eines Alarms veranlasst. Die Alarmausgabevorrichtung 35 ist eine Vorrichtung, die entsprechend einer Anweisung des Steuergerätes 10 einen Alarm ausgibt.
3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Streuung des Laserstrahls, bevor ein Loch das Werkstück durchdrungen hat, und 4 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Streuung des Laserstrahls, nachdem das Loch das Werkstück durchdrungen hat. Wie in 3 dargestellt ist, wird der Laserstrahl 4, bevor das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, vom Werkstück 9 reflektiert, so dass das Streulicht L1 in großer Menge erzeugt wird. Wie in 4 dargestellt ist, gelangt der Laserstrahl 4 andererseits, nachdem das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, durch ein durchgehendes Loch, bei dem es sich um ein Durchgangsloch handelt, auf die Seite der Rückseite des Werkstücks 9, so dass das Streulicht L1 in einer geringeren Menge erzeugt wird.
Der Laserstrahl 4 wird wie oben beschrieben während des Durchstechvorgangs aufgrund des das Werkstück 9 durchdringenden durchgehenden Lochs nicht mehr vom Werkstück 9 reflektiert, so dass die vom optischen Sensor 8 erfasste Lichtmenge abnimmt. Dies bedeutet, dass die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 abnimmt. Die Laserbearbeitungsmaschine 100 nutzt gemäß eines Vergleichsbeispiels die Abnahme der Ausgabespannung, um zu bestimmen, dass die Penetration abgeschlossen ist, wenn die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 gleich oder niedriger als der Schwellwert wird.
5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Konfiguration des in der Laserbearbeitungsmaschine enthaltenen Steuergeräts. Das Steuergerät 10 umfasst eine Eingabeeinheit 11, eine Speichereinheit 12, eine Penetrationsbestimmungseinheit 13 und eine Steuereinheit 16, bei der es sich um eine Bearbeitungsmaschinensteuereinheit handelt.
Die Eingabeeinheit 11 erhält die Ausgabespannung von dem optischen Sensor 8 und gibt die Ausgabespannung in die Penetrationsbestimmungseinheit 13 ein. Die Speichereinheit 12 speichert den Zeitpunkt, an dem die Penetrationsbestimmungseinheit 13 die Ausgabespannung bezieht. Der Zeitpunkt, an dem die Penetrationsbestimmungseinheit 13 die Ausgabespannung bezieht, entspricht dem Zeitpunkt, an dem die Ausgabespannung von dem optischen Sensor 8 zur Einstellung des für die Penetrationsbestimmung verwendeten Schwellwerts bezogen wird, und dem Zeitpunkt, an dem die Ausgabespannung zum Vergleich mit dem Schwellwert bei der Penetrationsbestimmung bezogen wird. Die Speichereinheit 12 speichert einen Bezugsstartzeitpunkt, um den Bezug der Ausgabespannung zur Einstellung des Schwellwerts zu beginnen, einen Bezugsendezeitpunkt, um den Bezug der Ausgabespannung zur Einstellung des Schwellwerts zu beenden, und einen Penetrationsbestimmungszeitpunkt, um die Penetrationsbestimmung zu beginnen. Als Zeitraum von dem Bezugsstartzeitpunkt bis zum Bezugsendezeitpunkt wird ein Zeitraum festgelegt, in dem die Ausgabespannung nach dem Start eines Durchstechvorgangs stabil ist und die Ausbildung des Loches noch lange nicht abgeschlossen ist. Der für die Penetrationsbestimmung verwendete Schwellwert ist ein Schwellwert der Ausgabespannung, wobei bestimmt wird, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn die Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert wird.
Die Penetrationsbestimmungseinheit 13 weist eine Schwellwerteinstelleinheit 14 und eine Vergleichseinheit 15 auf. Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bezieht im Vergleichsbeispiel die vom optischen Sensor 8 ausgegebene Ausgabespannung während eines Zeitraums vom Bezugsstartzeitpunkt bis zum Bezugsendezeitpunkt mehrmals, bildet für die bezogenen Ausgabespannungen einen Mittelwert und legt einen Schwellwert der Ausgabespannung auf Basis eines durch die Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswertes fest. Der Zeitraum, in dem die Mittelwertbildung durchgeführt wird, ist ein Zeitraum, in dem die Ausgabespannung stabil ist und die Ausbildung des Loches noch lange nicht abgeschlossen ist, sodass festgestellt werden kann, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn die Ausgabespannung während des oben genannten Zeitraums um einen bestimmten Anteil unter die Ausgabespannung fällt. Daher stellt die Schwellwerteinstelleinheit 14 im Vergleichsbeispiel als Schwellwert der Ausgabespannung einen Wert ein, der um einen bestimmten Anteil kleiner ist als der durch die Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert. Zum Beispiel stellt die Schwellwerteinstelleinheit 14 im Vergleichsbeispiel als Schwellwert der Ausgabespannung einen Wert ein, der 10% kleiner ist als der durch die Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert. Die Schwellwerteinstelleinheit 14 kann einen Wert, der um einen bestimmten Wert kleiner als der Mittelwert des durch die Mittelwertbildung erhaltenen Spannungswertes ist, als Schwellwert der Ausgabespannung einstellen. Die Schwellwerteinstelleinheit 14 sendet den eingestellten Schwellwert an die Vergleichseinheit 15. Wie oben beschrieben wurde, stellt die Schwellwerteinstelleinheit 14 gemäß des Vergleichsbeispiels einen Schwellwert, der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das Werkstück 9 aufgrund des Durchstechvorgangs durchgedrungen hat, auf Basis der Ausgabespannung ein, die während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegeben wird. Ferner bestimmt die Schwellwerteinstelleinheit 14, dass der Durchstechvorgang anormal ist, wenn der durch die Mittelwertbildung erhaltene Spannungswert außerhalb eines Referenzbereichs liegt und eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, und veranlasst die Alarmausgabevorrichtung 35 zur Ausgabe eines Alarms.
Die Vergleichseinheit 15 beginnt mit dem Bezug der Ausgabespannung des optischen Sensors 8 zum Penetrationsbestimmungszeitpunkt und vergleicht die bezogene Ausgabespannung mit dem durch die Schwellwerteinstelleinheit 14 eingestellten Schwellwert. Die Vergleichseinheit 15 bestimmt, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn die nach dem Penetrationsbestimmungszeitpunkt bezogene Ausgabespannung kleiner oder gleich dem Schwellwert ist und die vorgegebene Zeit verstrichen ist. Wenn die Vergleichseinheit 15 bestimmt, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, sendet die Vergleichseinheit 15 eine Penetrationsmeldung an die Steuereinheit 16, die anzeigt, dass die Penetration stattgefunden hat. Die Steuereinheit 16 ist mit dem Bearbeitungskopf 5 und dem Laseroszillator 1 verbunden, wobei die Steuereinheit 16, wenn sie die Penetrationsmeldung von der Vergleichseinheit 15 erhält, den Bearbeitungskopf 5 und den Laseroszillator 1 zur Ausführung des Schneidprozesses ansteuert.
6 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Bearbeitungsablaufs eines von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Durchstechvorgangs. 7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführten Penetrationsbestimmungsverfahrens. Die in 6 dargestellte Bearbeitungsprozedur ist eine Bearbeitungsprozedur zur Durchführung eines Vorgangs des Durchstechprozesses (Ein-Loch-Bohrverfahren). 7 veranschaulicht einen Kurvenverlauf 51 der Ausgabespannung des optischen Sensors 8. Die horizontale Achse von 7 entspricht der Zeit und deren vertikale Achse gibt die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 an. In 7 ist der Zeitpunkt, an dem die Laserbearbeitungsmaschine 100 den Durchstechvorgang beginnt, durch den Durchstechstartzeitpunkt Ta, der Zeitpunkt, an dem der Bezug der Ausgabespannung für die Einstellung des Schwellwertes beginnt, durch den Bezugsstartzeitpunkt Tb und der Zeitpunkt, an dem der Bezug der Ausgabespannung für die Einstellung des Schwellwertes endet, durch den Bezugsendezeitpunkt Tc dargestellt. Ferner ist in 7 der Zeitpunkt des Beginns der Penetrationsbestimmung durch den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td und der Zeitpunkt, an dem das Loch das Werkstück 9 durchdringt, durch den Penetrationszeitpunkt Te angegeben.
Beim Durchstechstartzeitpunkt Ta startet die Laserbearbeitungsmaschine 100 beim Start eines Ablaufs des Durchstechvorgangs den Durchstechvorgang am Werkstück 9. Während des Durchstechvorgangs sendet der optische Sensor 8 fortlaufend die dem Streulicht L1 vom Werkstück 9 entsprechende Ausgabespannung an das Steuergerät 10.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bestimmt, ob es sich um den Bezugsstartzeitpunkt Tb für die Ausgabespannung handelt (Schritt S10). Wenn es sich nicht um den Bezugsstartzeitpunkt Tb für die Ausgabespannung handelt (Schritt S10, Nein), fährt die Schwellwerteinstelleinheit 14 mit der Bestimmung, ob es sich um den Bezugsstartzeitpunkt Tb für die Ausgabespannung handelt, solange fort, bis der Bezugsstartzeitpunkt Tb für die Ausgabespannung eintritt (Schritt S10). Wenn es sich um den Bezugsstartzeitpunkt Tb für die Ausgabespannung handelt (Schritt S10, Ja), beginnt die Schwellwerteinstelleinheit 14 mit dem Bezug der Ausgabespannung (Schritt S20).
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bestimmt, ob es sich um den Bezugsendezeitpunkt Tc für die Ausgabespannung handelt (Schritt S30). Wenn es sich nicht um den Bezugsendezeitpunkt Tc für die Ausgabespannung handelt (Schritt S30, Nein), fährt die Schwellwerteinstelleinheit 14 mit der Bestimmung, ob es sich um den Bezugsendezeitpunkt Tc für die Ausgabespannung handelt, solange fort, bis der Bezugsendezeitpunkt Tc für die Ausgabespannung eintritt (Schritt S30).
Wenn es sich um den Bezugsendezeitpunkt Tc für die Ausgabespannung handelt (Schritt S30, Ja), beendet die Schwellwerteinstelleinheit 14 den Bezug der Ausgabespannung (Schritt S40). Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bezieht die Ausgabespannung demnach während eines Ausgabespannungsbezugszeitraums P1, bei dem es sich um einen Zeitraum vom Bezugsstartzeitpunkt Tb bis zum Bezugsendezeitpunkt Tc handelt. Der Ausgabespannungsbezugszeitraum P1 ist eine bestimmte Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs, bevor die Bestimmung durchgeführt wird, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, und in der das Loch das Werkstück 9 noch nicht durchdrungen hat.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 berechnet gemäß dem Vergleichsbeispiel einen Mittelwert (Schritt S50), bei dem es sich um einen Wert handelt, der sich aus der Mittelwertbildung der während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 bezogenen Ausgabespannungen ergibt. In 7 ist der Mittelwert der Ausgabespannungen als Messwert A1 dargestellt. Die Schwellwerteinstelleinheit 14 berechnet gemäß dem Vergleichsbeispiel einen Schwellwert B1 als Schwellwert für die Ausgabespannung auf Basis des Messwertes A1, bei dem es sich um den Mittelwert der Ausgabespannungen handelt (Schritt S60). Die Schwellwerteinstelleinheit 14 legt den berechneten Schwellwert B1 als Schwellwert zur Verwendung für die Penetrationsbestimmung fest (Schritt S70). Der Messwert A1 kann ein Wert sein, der durch Zeitintegration der Ausgabespannungen während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 über den Ausgabespannungsbezugszeitraum P 1 erhalten wird.
Die Vergleichseinheit 15 bestimmt, ob es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt (Schritt S80). Wenn es nicht der Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td ist (Schritt S80, Nein), bestimmt die Vergleichseinheit 15 solange, ob es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt, bis der Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td eintritt (Schritt S80).
Die Vergleichseinheit 15 kann den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td auf Basis des Messwertes A1 einstellen. In diesem Fall legt die Vergleichseinheit 15 als Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td einen Zeitpunkt fest, an dem die Ausgabespannung um einen bestimmten Anteil oder bestimmten Wert unter den Messwert A1 fällt. Die Vergleichseinheit 15 legt den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td so fest, dass die Ausgabespannung zum Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td einen Wert annimmt, der größer als der Schwellwert B1 ist. Wenn der Schwellwert B1 ein Wert ist, der 10% kleiner als der Messwert A1 ist, stellt die Vergleichseinheit 15 beispielsweise den Zeitpunkt, an dem die Ausgabespannung um 5% unter den Messwert A1 fällt, als Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td ein.
Wenn es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt (Schritt S80, Ja), beginnt die Vergleichseinheit 15 mit dem Bezug der Ausgabespannung (Schritt S90). Demnach beginnt ein Penetrationsbestimmungszeitraum P2, d. h. ein Zeitraum, in dem die Penetrationsbestimmung durchgeführt wird. Der Penetrationsbestimmungszeitraum P2 endet, wenn festgestellt wird, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, oder wenn eine bestimmte Zeit verstrichen ist. Die Vergleichseinheit 15 vergleicht die nach dem Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td bezogene Ausgabespannung mit dem Schwellwert B1 und bestimmt, ob die nach dem Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td bezogene Ausgabespannung gleich dem Schwellwert B1 oder niedriger als der Schwellwert B1 ist (Schritt S100).
Wenn die bezogene Ausgabespannung nicht kleiner oder gleich dem Schwellwert B1 ist (Schritt S100, Nein), fährt die Vergleichseinheit 15 mit der Bestimmung fort, ob die Ausgabespannung gleich dem Schwellwert B1 oder niedriger als der Schwellwert B1 ist, bis die Ausgabespannung kleiner oder gleich dem Schwellwert B1 wird (Schritt S100).
Wenn die Ausgabespannung kleiner oder gleich dem Schwellwert B1 ist und die vorgegebene Zeit verstrichen ist (Schritt S100, Ja), bestimmt die Vergleichseinheit 15, dass es sich um den Penetrationszeitpunkt Te handelt, an dem das Loch das Werkstück 9 durchdringt. Die Steuereinheit 16 stoppt die Bestrahlung der Bestrahlungsposition 3 mit dem Laserstrahl 4 für den Durchstechvorgang zu dem Zeitpunkt, an dem festgestellt wird, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, und beendet den Durchstechvorgang. Danach führt die Laserbearbeitungseinheit 20 den Schneidvorgang an dem Werkstück 9 aus, indem sie den Bearbeitungskopf 5 während der Bestrahlung mit dem Laserstrahl 4 verfährt. Beim nächsten Durchstechvorgang führt die Laserbearbeitungseinheit 100 die Prozeduren der Schritte S10 bis S100 erneut aus. Es wird darauf hingewiesen, dass 7 einen Fall veranschaulicht, bei dem sich der Kurvenverlauf 51 der Ausgabespannung auch nach dem Penetrationszeitpunkt Te fortsetzt, in Wirklichkeit aber die Bestrahlung mit dem Laserstrahl 4 nach Beendigung des Durchstechvorgangs gestoppt wird.
Das von dem optischen Sensor 8 erfasste Streulicht L1 wird von der Umgebung beeinflusst, in der der Durchstechvorgang durchgeführt wird, so dass die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 ebenfalls von der Umgebung beeinflusst wird, in der der Durchstechvorgang erfolgt. Die Umgebung, in der der Durchstechvorgang durchgeführt wird, umfasst den Oberflächenzustand des Werkstücks 9, die Plattenstärke des Werkstücks 9, das Material des Werkstücks 9, die Bearbeitungsbedingungen beim Durchführen des Durchstechvorgangs am Werkstück 9, die Art des Durchstechvorgangs, den Wartungszustand der Laserbearbeitungsmaschine 100, die Ausgangsleistung des von dem Laseroszillator 1 ausgegebenen Laserstrahls 4 und den Bearbeitungsablauf des Durchstechprozesses. Beispiele für die Bearbeitungsbedingungen beim Durchführen des Durchstechverfahrens am Werkstück 9 umfassen die Intensität, die Frequenz und das Tastverhältnis des Laserstrahls 4, mit dem die Bestrahlung durchgeführt wird. Die Art des Durchstechprozesses umfasst die Form eines Durchgangslochs und dergleichen. Der Bearbeitungsablauf des Durchstechprozesses umfasst eine Änderung der Leistung des Laserstrahls 4 während des Durchstechvorgangs.
Das Streulicht L1 wird ferner nicht nur an der Oberfläche des Werkstücks 9, sondern auch an einer Innenwandfläche der Düse 6 und einer Innenwandfläche des Bearbeitungskopfes 5 gestreut. Daher ändert sich die Intensität des Streulichts L1, das den optischen Sensor 8 erreicht, in Abhängigkeit von der Form und dem Oberflächenzustand der Innenwandfläche der Düse 6 und der Innenwandfläche des Bearbeitungskopfes 5. Dementsprechend wird die Intensität des Streulichts L1, das den optischen Sensor 8 erreicht, durch Verschmutzungen im Innern der Düse 6, Verschmutzungen des Bearbeitungskopfes 5 und dergleichen beeinflusst. Der Zustand der Innenwandfläche der Düse 6 und der Innenwandfläche des Bearbeitungskopfes 5 ändern sich während der Laserbearbeitung ebenfalls, so dass sich das vom optischen Sensor 8 erfasste Streulicht L1 fortlaufend ändert, wenn sich die Laserbearbeitungsumgebung ändert. Wenn die Penetrationsbestimmung in unterschiedlichen Umgebungen mit einem festen Schwellwert durchgeführt wird, kann daher die Bestimmung, ob die Penetration erreicht wurde, fehlerhaft sein. Da beim Vergleichsbeispiel der Schwellwert B1 unter Verwendung der während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 bezogenen Ausgabespannungen festgelegt wird, kann der Schwellwert B1 in Abhängigkeit von der Umgebung des Durchstechvorgangs eingestellt werden.
Da die Schwellwerteinstelleinheit 14 die Ausgabespannung für die Festlegung des Schwellwerts B1 kontinuierlich bezieht und die Mittelwertbildung der Ausgabespannungen während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 durchführt, ist eine Beeinflussung durch Rauschen weniger wahrscheinlich, selbst wenn die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 Rauschen enthält. Außerdem ist eine Beeinflussung durch Rauschen ebenfalls weniger wahrscheinlich, wenn der Messwert A1 ein Wert ist, der durch Zeitintegration der Ausgabespannungen während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 erhalten wird. Daher kann die Schwellwerteinstelleinheit 14 den Schwellwert B1 zur genauen Bestimmung des Penetrationszeitpunkts Te einstellen.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 gemäß des Vergleichsbeispiels kann den Schwellwert zur Verringerung des Rechenaufwands beispielsweise in einem Ausgabespannungsbezugsverfahren, das nachfolgend unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wird, auf Basis eines Momentanwertes der Ausgabespannung einstellen, der nur zu einem bestimmten Zeitpunkt bezogen wird. Die Vergleichseinheit 15 kann wie in einem anderen unter Bezugnahme auf 10 nachfolgend beschriebenen Beispiel für ein Penetrationsbestimmungsverfahren feststellen, dass die Penetration erfolgt ist, wenn ein Zeitraum, in dem ein Wert erhalten wird, der gleich oder niedriger als der Schwellwert ist, für eine bestimmte Zeitspanne oder länger andauert.
8 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines weiteren Beispiels für ein Penetrationsbestimmungsverfahren, das von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführt wird. Ähnlich wie 7 veranschaulicht 8 den Kurvenverlauf 51 der Ausgabespannung des optischen Sensors 8, wobei der Schwellwert durch den Schwellwert B2 angegeben ist. In 8 wird der Zeitpunkt, an dem die Laserbearbeitungsmaschine 100 den Durchstechvorgang beginnt, durch den Durchstechstartzeitpunkt Ta angegeben und der Zeitpunkt, an dem die Ausgabespannung für die Einstellung des Schwellwertes B2 bezogen wird, durch den Bezugszeitpunkt Tbc. Ferner wird in 8 der Zeitpunkt des Beginns der Penetrationsbestimmung durch den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td angegeben, und ein Zeitraum, in dem die Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert B2 ist, durch den Zeitraum P3 angezeigt.
Zunächst werden unter Bezugnahme auf die 8 und 9 die Arbeitsschritte beschrieben, die ausgeführt werden, wenn die Schwellwerteinstelleinheit 14 den Schwellwert B2 einstellt, wobei nur die Ausgabespannung verwendet wird, die zum Bezugszeitpunkt Tbc, dem speziellen Zeitpunkt, erfasst wird. zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für das von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispiels durchgeführte Ausgabespannungsbezugsverfahren. Jeder der in 9 dargestellten Prozeduren der Schritte S110 bis S140 ist ein weiteres Beispiel für die Prozeduren der Schritte S10 bis S70 von 6.
Beim Durchstechstartzeitpunkt Ta beginnt die Laserbearbeitungsmaschine 100 den Durchstechvorgang am Werkstück 9. Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bestimmt, ob es sich um den Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung handelt (Schritt S110). Der Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung ist der Zeitpunkt, an dem die Ausgabespannung für die Einstellung des Schwellwertes B2 bezogen wird, wobei es sich um einen bestimmten Zeitpunkt in dem Ausgabespannungsbezugszeitraum P1 handelt.
Wenn der Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung nicht vorliegt (Schritt S110, Nein), fährt die Schwellwerteinstelleinheit 14 mit der Bestimmung fort, ob es sich um den Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung handelt, bis der Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung vorliegt (Schritt S110).
Wenn es sich um den Bezugszeitpunkt Tbc für die Ausgabespannung handelt (Schritt S 110, Ja), bezieht die Schwellwerteinstelleinheit 14 die Ausgabespannung (Schritt S120). Die Schwellwerteinstelleinheit 14 berechnet den Schwellwert B2 der Ausgabespannung auf Basis eines Messwertes A2, bei dem es sich um die Ausgabespannung handelt (Schritt S130). Die Schwellwerteinstelleinheit 14 legt den berechneten Schwellwert B2 als den für die Penetrationsbestimmung verwendeten Schwellwert B2 fest (Schritt S140).
Wenn der Schwellwert B2 auf Basis der zum Bezugszeitpunkt Tbc bezogenen Ausgabespannung berechnet wird, kann das Ausgabespannungsbezugsverfahren, wie oben beschrieben wurde, leicht in kurzer Zeit durchgeführt werden. Da es außerdem nicht notwendig ist, den Mittelwert der Ausgabespannungen zu berechnen, kann der Rechenaufwand reduziert und der Schwellwert B2 leicht festgelegt werden.
Wenn die Penetrationsbestimmung unter Verwendung des Schwellwerts B2 oder des Schwellwerts B1 durchgeführt wird, kann die Vergleichseinheit 15 bestimmen, dass die Penetration erfolgt ist, wenn eine Zeitspanne, in der die Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert B2 oder der Schwellwert B1 ist, für eine bestimmte Zeitspanne oder länger andauert. 10 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für ein von der Laserbearbeitungsmaschine gemäß des Vergleichsbeispielsdurchgeführtes Penetrationsbestimmungsverfahren. Jede der in 10 dargestellten Prozeduren der Schritte S210 bis S260 ist ein weiteres Beispiel für die Prozeduren der Schritte S80 bis S100 von 6. Hier wird ein Fall beschrieben, bei dem der Schwellwert B2 festgelegt wird.
Nachdem die Schwellwerteinstelleinheit 14 den Schwellwert B2 festgelegt hat, bestimmt die Vergleichseinheit 15, ob es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt (Schritt S210). Wenn es sich nicht um Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt (Schritt S210, Nein), fährt die Vergleichseinheit 15 mit der Bestimmung fort, ob es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt, bis der Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td eintritt (Schritt S210).
Wenn es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt (Schritt S210, Ja), bezieht die Vergleichseinheit 15 die Ausgabespannung (Schritt S220). Die Vergleichseinheit 15 vergleicht die nach dem Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td bezogene Ausgabespannung mit dem Schwellwert B2 und bestimmt, ob die bezogene Ausgabespannung kleiner oder gleich dem Schwellwert B2 ist (Schritt S230).
Wenn die bezogene Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert B2 ist (Schritt S230, Ja), erhöht die Vergleichseinheit 15 die Anzahl an Bestimmungen, die angibt, wie oft die Ausgabespannung als gleich oder niedriger als der Schwellwert B2 bestimmt wird (Schritt S250). Dann bestimmt die Vergleichseinheit 15, ob die Anzahl der Bestimmungen gleich oder größer als eine bestimmte Anzahl von Malen geworden ist (Schritt S260). Wenn die Anzahl der Bestimmungen kleiner als die bestimmte Anzahl von Malen ist (Schritt S260, Nein), kehrt die Vergleichseinheit 15 zur Prozedur von Schritt S220 zurück und bezieht die Ausgabespannung. Die Prozedur von Schritt S220 wird periodisch in regelmäßigen Abständen durchgeführt. Das bedeutet, dass die Ausgabespannung in regelmäßigen Zeitabständen erfasst wird. Die Vergleichseinheit 15 vergleicht die bezogene Ausgabespannung mit dem Schwellwert B2 und bestimmt, ob die bezogene Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert B2 ist (Schritt S230).
Wenn die bezogene Ausgabespannung größer als der Schwellwert B2 ist (Schritt S230, Nein), löscht die Vergleichseinheit 15 die Anzahl der Bestimmungen (Schritt S240). Dann kehrt die Vergleichseinheit 15 zur Prozedur von Schritt S220 zurück und erfasst die Ausgabespannung.
Die Vergleichseinheit 15 wiederholt die Prozeduren der Schritte S220 bis S260, bis in Schritt S260 festgestellt wird, dass die Anzahl der Bestimmungen gleich oder größer als die bestimmte Anzahl von Malen geworden ist. Wenn die Anzahl der Bestimmungen gleich oder größer als die bestimmte Anzahl von Malen geworden ist (Schritt S260, Ja), stellt die Vergleichseinheit 15 fest, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat und beendet den Durchstechvorgang. Der Zeitraum vom Beginn der Bestimmung bis zu dem Zeitpunkt, an dem die Anzahl der Bestimmungen die bestimmte Anzahl von Malen erreicht, ist der Zeitraum P3. Wie oben beschrieben wurde, stellt die Vergleichseinheit 15 fest, dass das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn die Anzahl der Bestimmungen gleich oder größer als die bestimmte Anzahl von Malen wird, d. h. wenn der Zeitraum P3 verstrichen ist. Dadurch kann die Vergleichseinheit 15 den Zeitpunkt der Penetration genau bestimmen, auch wenn die Ausgabespannung des optischen Sensors 8 aufgrund von Rauschen oder Ähnlichem variiert.
Im Übrigen gibt es auch ein Verfahren, bei dem ein Durchstechvorgang in einem Bereich ausgeführt wird, in dem ein Produkt nicht bearbeitet wird, und bei dem ein Streulichterfassungsniveau auf Basis des während des Durchstechvorgangs erzeugten Streulichts eingestellt wird. Bei diesem Verfahren wird eine Kontamination der Düse 6 dadurch verursacht, dass das Produkt nach der Einstellung des Streulichterfassungsniveaus erneut bearbeitet wird, so dass es zu einer Änderung der Streulichtmenge kommt. Es ist daher nicht möglich, das Streulicht genau zu erfassen, wenn die Produktbearbeitung wiederholt wird. Darüber hinaus muss bei der Einstellung des Streulichterfassungsniveaus während der Produktbearbeitung die Produktbearbeitung unterbrochen werden, was zu Zeitverlusten führt. Andererseits legt die Laserbearbeitungsmaschine 100 für jeden Durchstechvorgang den Schwellwert B2 während des Durchstechvorgangs fest, so dass es nicht notwendig ist, die Produktbearbeitung zu unterbrechen.
Zudem verwendet die Laserbearbeitungsmaschine 100 keinen immer gleichen Wert als während des Durchstechvorgangs verwendeten Schwellwert, sondern bestimmt den Schwellwert B1 während eines tatsächlichen Durchstechvorgangs, so dass es keinen Unterschied zwischen dem Schwellwert, der vor einer im Laufe der Zeit auftretenden Beeinträchtigung eingestellt wurde, und dem tatsächlich einzustellenden Schwellwert B1 gibt. Die Laserbearbeitungsmaschine 100 kann demnach während des eigentlichen Durchstechvorgangs einen geeigneten Schwellwert B1 festlegen.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem Vergleichsbeispiel der Schwellwert B1, der als Kriterium für die Feststellung dient, ob das Loch das Werkstück 9 in dem Durchstechvorgang durchdrungen hat, auf Basis der Ausgabespannung eingestellt, die während einer bestimmten Zeit nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegeben wird, und es wird auf Basis der Ausgabespannung danach und des eingestellten Schwellwerts B1 bestimmt, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat. Dadurch ist es möglich, unabhängig von der Umgebung, in der der Durchstechvorgang durchgeführt wird, in Abhängigkeit vom Durchstechvorgang einen geeigneten Schwellwert B1 einzustellen, so dass die Genauigkeit der Bestimmung, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, verbessert wird. Dementsprechend ist es möglich, in verschiedenen Bearbeitungsumgebungen genau zu bestimmen, ob ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat.
Ausführungsform
Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf die 11 und 12 eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Auch bei der Ausführungsform führt die Laserbearbeitungsmaschine 100 einen Durchstechvorgang in einem Bearbeitungsverfahren durch, der dem unter Bezugnahme auf 6 beschriebenen Durchstechvorgang ähnelt. Das Verfahren zur Berechnung eines Schwellwertes durch die Laserbearbeitungsmaschine 100 unterscheidet sich bei der Ausführungsform von dem Vergleichsbeispiel. Konkret legt die Laserbearbeitungsmaschine 100 bei der Ausführungsform einen Schwellwert auf Basis einer Referenzausgabespannung, eines zu der Referenzausgabespannung gehörenden Schwellwerts und während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 bezogenen Ausgabespannungen fest.
11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Penetrationsbestimmungsverfahrens, das von einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß der Ausführungsform durchgeführt wird. Von den in 11 dargestellten Zeitangaben weisen die Zeitpunkte, die den in 7 dargestellten entsprechen, die gleichen Bezugszeichen auf wie in 7. In 11 ist der Kurvenverlauf der Ausgabespannung während eines ersten Durchstechvorgangs durch den Kurvenverlauf 51 und der Kurvenverlauf der Ausgabespannung während eines zweiten Durchstechvorgangs durch den Kurvenverlauf 52 dargestellt. Bei dem ersten Durchstechvorgang handelt es sich um den beim Vergleichsbeispiel beschriebenen Durchstechvorgang, wobei der zweite Durchstechvorgang ein Durchstechvorgang zur Bestimmung der Referenzausgabespannung ist. Der zweite Durchstechvorgang wird vor dem ersten Durchstechvorgang durchgeführt und er wird nicht für jeden Durchstechvorgang ausgeführt. Der zweite Durchstechvorgang wird beispielsweise in einer Bearbeitungsumgebung in einem idealen Zustand durchgeführt. Ein Beispiel für den Idealzustand ist ein Zustand, bei dem der Bearbeitungskopf 5 und die Düse 6 nicht kontaminiert sind.
Die Referenzausgabespannung kann mit dem optischen Sensor 8 der Laserbearbeitungsmaschine 100 oder mit einer anderen Laserbearbeitungsmaschine gemessen werden. Wenn als Referenzausgabespannung eine von dem optischen Sensor 8 der Laserbearbeitungsmaschine 100 gemessene Spannung verwendet wird, kann die Referenzausgabespannung in einfacher Weise bezogen werden. Ein Schwellwert B0, der zu der Referenzausgabespannung gehört, kann ein von der Laserbearbeitungsmaschine 100 berechneter Wert oder ein von einer anderen Laserbearbeitungsmaschine berechneter Wert sein.
Eine Referenzausgabespannung, die gemessen wird, wenn der zweite Durchstechvorgang durchgeführt wird, und der Schwellwert B0, der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn der zweite Durchstechvorgang bei der Referenzausgabespannung durchgeführt wird, werden in der Speichereinheit 12 des Steuergeräts 10 gespeichert. Der Schwellwert B0 ist ein Bestimmungskriteriumswert, der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, wenn der Durchstechvorgang unter der Bedingung durchgeführt wird, dass die Referenzausgabespannung vom optischen Sensor 8 ausgegeben wird. Ein Mittelwert der während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 beim zweiten Durchstechvorgang gemessenen und gespeicherten Ausgabespannungen ist in 11 als gespeicherter Wert A0 und ein Mittelwert der während des Ausgabespannungsbezugszeitraums P1 beim ersten Durchstechvorgang gemessenen Ausgabespannungen als Messwert A1 dargestellt.
Bei der Ausführungsform berechnet die Schwellwerteinstelleinheit 14 einen zu dem Messwert A1 gehörenden Schwellwert B3 auf Basis des gespeicherten Wertes A0 und des vorab eingestellten Schwellwertes B0 sowie des im ersten Durchstechvorgang bezogenen Messwertes A1.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 berechnet den Schwellwert B3 anhand der folgenden Formel (1). $Schwellwert B 3 = Schwellwert B 0 \times (Messert A 1 / gespeicherter Wert A 0)$
Wie oben beschrieben wurde, berechnet die Schwellwerteinstelleinheit 14 den Schwellwert B3, wobei das Verhältnis des im zweiten Durchstechvorgang gespeicherten Wertes A0 zu dem als Kriterium verwendeten Schwellwert B0 und das Verhältnis des im ersten Durchstechvorgang bezogenen Wertes A1 zu dem Schwellwert B3 gleich gesetzt wird. Dadurch ist es möglich, einen geeigneten Schwellwert B3 in Abhängigkeit von dem Verhältnis des gespeicherten Wertes A0 zu dem Schwellwert B0 als Kriterium auf Basis des Messwertes A1 einzustellen.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 legt den berechneten Schwellwert B3 als einen für die Penetrationsbestimmung verwendeten Schwellwert fest. Somit wird der im zweiten Durchstechvorgang festgelegte Schwellwert B0 in Abhängigkeit von dem Messwert A1 in den Schwellwert B3 geändert.
Danach bestimmt die Vergleichseinheit 15 während des ersten Durchstechvorgangs, ob es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt. Wenn es sich um den Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td handelt, beginnt die Vergleichseinheit 15 mit dem Bezug der Ausgabespannung. Die Vergleichseinheit 15 vergleicht die bezogene Ausgabespannung mit dem Schwellwert B3 und bestimmt, ob die bezogene Ausgabespannung gleich oder niedriger als der Schwellwert B3 ist. Wenn die Ausgabespannung kleiner oder gleich dem Schwellwert B3 ist, bestimmt die Vergleichseinheit 15, dass es sich um den Penetrationszeitpunkt Te handelt, an dem das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, und beendet den ersten Durchstechvorgang.
Der Zeitraum, in dem der Messwert A1 bezogen wird, und der Zeitraum, in dem der gespeicherte Wert A0 bezogen wird, können sich voneinander unterscheiden. Der Ausgabespannungsbezugszeitraum P1, in dem die zur Berechnung des Messwertes A1 verwendete Ausgabespannung bezogen wird, und der Ausgabespannungsbezugszeitraum P1, in dem die zur Berechnung des gespeicherten Wertes A0 verwendete Ausgabespannung bezogen wird, können demnach unterschiedliche Zeiträume sein. Anders ausgedrückt können die Zeit, in der der gespeicherte Wert A0 bezogen wird, und die Zeit, in der der Messwert A1 bezogen wird, gleich oder voneinander verschieden sein.
Bei dem Messwert A1 kann es sich um die Ausgabespannung handeln, die zum Bezugszeitpunkt Tbc erfasst wurde, und der gespeicherte Wert A0 kann die Ausgabespannung sein, die zum Bezugszeitpunkt Tbc bezogen wurde. In diesem Fall können der Bezugszeitpunkt Tbc, wenn der Messwert A1 bezogen wird, und der Bezugszeitpunkt Tbc, wenn der gespeicherte Wert A0 bezogen wird, voneinander verschiedene Zeitpunkte sein.
Die Laserbearbeitungsmaschine 100 führt den zweiten Durchstechvorgang zur Messung der Referenzausgabespannung durch, um den gespeicherten Wert A0 und den Schwellwert B0 zu erhalten, der zweite Durchstechvorgang kann jedoch ein Durchstechvorgang unmittelbar vor dem ersten Durchstechvorgang sein. Das bedeutet, dass die Laserbearbeitungsmaschine 100 eine Steuerung unter Verwendung des Messwertes A1 und des Schwellwertes B3, die in dem Durchstechvorgang unmittelbar vor dem ersten Durchstechvorgang erhalten wurden, als neuen gespeicherten Wert A0 und neuen Schwellwert B0 des zu erfassenden ersten Durchstechvorgangs vornehmen kann.
Die Schwellwerteinstelleinheit 14 bestimmt, dass der Durchstechvorgang anormal ist, wenn das Verhältnis des gespeicherten Wertes A0 zum Messwert A1 außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Genauer legt die Schwellwerteinstelleinheit 14 einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert für Messwert A1/gespeicherter Wert A0 fest. Wenn Messwert A1/gespeicherter Wert A0 unter den unteren Grenzwert gefallen ist, kann die Zuverlässigkeit der Penetrationsbestimmung möglicherweise abnehmen, so dass die Schwellwerteinstelleinheit 14 die Alarmausgabevorrichtung 35 zur Ausgabe eines Alarms veranlasst. Wenn Messwert A1/gespeicherter Wert A0 den oberen Grenzwert überschritten hat, ist zudem möglicherweise der optische Sensor 8 ausgefallen, so dass die Schwellwerteinstelleinheit 14 die Alarmausgabevorrichtung 35 zur Ausgabe eines Alarms veranlasst. Dadurch kann ein Benutzer der Laserbearbeitungsmaschine 100 auf eine Anomalie beim Durchstechvorgang hingewiesen werden.
12 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Penetrationszeitpunkts, der anhand eines Penetrationsbestimmungsverfahrens gemäß der Ausführungsform bestimmt wird. Die horizontale Achse von 12 stellt die Zeit dar und die vertikale Achse die Ausgabeanweisung für den Laserstrahl 4. 12 veranschaulicht einen Kurvenverlauf 61 einer Ausgabeanweisung für den Laserstrahl 4, wenn die Penetrationsbestimmung auf Basis des Schwellwerts B3 durchgeführt wird, und einen Kurvenverlauf 62 einer Ausgabeanweisung für den Laserstrahl 4, wenn die Penetrationsbestimmung auf Basis des Schwellwerts B0 durchgeführt wird.
Beim Vergleichsbeispiel wird der Schwellwert B1 für jeden Durchstechvorgang erhalten, bei der Ausführungsform wird der Schwellwert B3 jedoch für jeden Durchstechvorgang unter Verwendung des im Idealzustand erhaltenen Schwellwerts B0 bestimmt. Wenn der im Idealzustand erhaltene Schwellwert B0 wie bei der Ausführungsform verwendet wird, wird nur deshalb festgestellt, dass die Penetration stattgefunden hat, weil der Messwert A1 niedriger als der Schwellwert B0 ist, was eine genaue Penetrationsbestimmung verhindert. Wenn die Penetrationsbestimmung auf Basis des Schwellwertes B0 durchgeführt wird, wird die Penetrationsbestimmung unter Verwendung des Schwellwertes B0 in einem Normalzustand durchgeführt, obwohl der Messwert A1 aufgrund der Verschmutzung der Düse 6 und dergleichen niedriger ist als der im Normalzustand. Das Erreichen der Penetration wird demnach zu einem früheren Zeitpunkt als dem richtigen Penetrationszeitpunkt Te festgestellt. Im Falle der Penetrationsbestimmung auf Basis des Schwellwertes B3, bei der es sich um das Penetrationsbestimmungsverfahren gemäß der Ausführungsform handelt, kann die Penetrationsbestimmung auf Basis eines geeigneten Schwellwertes B3, der von dem ersten Durchstechvorgang abhängt, durchgeführt werden, so dass der Penetrationszeitpunkt Te ähnlich wie beim Vergleichsbeispiel genau bestimmt werden kann.
Wie oben beschrieben wurde, wird bei der Ausführungsform der Schwellwert B3, der zu dem Messwert A1 gehört, auf Basis des gespeicherten Wertes A0, bei dem es sich um die Ausgabespannung während des zweiten Durchstechvorgangs handelt, dem Schwellwert B0, der zu dem gespeicherten Wert A0 gehört, und dem während des ersten Durchstechvorgangs gemessenen Wert A1 eingestellt. Dann wird auf Basis des Schwellwertes B3 und der Ausgabespannung nach dem Penetrationsbestimmungszeitpunkt Td bestimmt, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat. Dadurch ist es möglich, die Penetrationsbestimmung auf Basis eines geeigneten Schwellwertes B3 durchzuführen, der von dem ersten und dem zweiten Durchstechvorgang abhängt, so dass die Genauigkeit der Erfassung, ob das Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat, verbessert wird. Dementsprechend ist es ähnlich wie beim Vergleichsbeispiel möglich, in verschiedenen Bearbeitungsumgebungen genau zu bestimmen, ob ein Loch das Werkstück 9 durchdrungen hat.
Es wird hier eine Hardwarekonfiguration des im Vergleichsbeispiel und in der Ausführungsform beschriebenen Steuergeräts 10 beschrieben. Das Steuergerät 10 kann durch eine Steuerschaltung, d. h. einen Prozessor und einen Speicher, realisiert werden. Der Prozessor und der Speicher können durch eine Verarbeitungsschaltung ersetzt werden. Ein Teil der Funktionen des Steuergeräts 10 kann durch spezialisierte Hardware und ein anderer Teil durch Software oder Firmware realisiert werden.
Bezugszeichenliste

1: Laseroszillator;
3: Bestrahlungsposition;
4: Laserstrahl;
5: Bearbeitungskopf;
6: Düse;
7: Bearbeitungstisch;
8: optischer Sensor;
9: Werkstück;
10: Steuergerät;
11: Eingabeeinheit;
12: Speichereinheit;
13: Penetrationsbestimmungseinheit;
14: Schwellwerteinstelleinheit;
15: Vergleichseinheit;
16: Steuereinheit;
20: Laserbearbeitungseinheit;
35: Alarmausgabevorrichtung;
100: Laserbearbeitungsmaschine;
P1: Ausgabespannungsbezugszeitraum;
P2: Penetrationsbestimmungszeitraum;
P3: Zeitraum;
Ta: Durchstechstartzeitpunkt;
Tb: Bezugsstartzeitpunkt;
Tbc: Bezugszeitpunkt;
Tc: Bezugsendezeitpunkt;
Td: Penetrationsbestimmungszeitpunkt;
Te: Penetrationszeitpunkt.

Claims

Laserbearbeitungsmaschine (100), die aufweist: eine Laseroszillatoreinheit (1) zum Emittieren eines Laserstrahls (4); eine Bearbeitungskopfeinheit (5) zur Laserbearbeitung eines zu bearbeitenden Objekts (9) durch Bestrahlung mit dem Laserstrahl (4); eine Bearbeitungsmaschinensteuereinheit (16) zur Steuerung der Laseroszillatoreinheit (1) und der Bearbeitungskopfeinheit (5); eine Lichtmesseinheit (8) zur Messung des von dem zu bearbeitenden Objekt (9) gestreuten Lichts (L1), wobei das Streulicht (L1) erzeugt wird, wenn das zu bearbeitende Objekt (9) mit dem Laserstrahl (4) bestrahlt wird, und zur Ausgabe eines dem Streulicht (L1) entsprechenden Signals; eine Schwellwerteinstelleinheit (14) zum Festlegen eines Schwellwertes (B3), der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) in einem Durchstechvorgang durchdrungen hat, auf Basis des während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegebenen Signals; und eine Penetrationsbestimmungseinheit (13), um auf Basis des Signals und des Schwellwerts (B3) zu bestimmen, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) durchdrungen hat, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) den Schwellwert (B3) auf Basis eines im Voraus festgelegten Referenzsignals, eines Bestimmungskriteriumswertes, der als Kriterium zur Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) bei der Durchführung eines Durchstechvorgangs unter einer Bedingung, dass das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit (8) ausgegeben wird, durchdrungen hat, und des Signals festlegt.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 1, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) einen Messwert (A1) berechnet, bei dem es sich um einen Wert handelt, der erhalten wird, indem eine Mittelwertbildung an Signalen durchgeführt wird, die während der bestimmten Zeitspanne mehrmals ausgegeben werden, oder um einen Wert handelt, der durch Zeitintegration von Signalen, die während der bestimmten Zeitspanne mehrmals ausgegeben werden, über die bestimmte Zeitspanne erhalten wird, und den Schwellwert (B3) auf Basis des Messwerts (A1) festlegt.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 1, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) den Schwellwert (B3) auf Basis eines Signals festlegt, das zu einem bestimmten Zeitpunkt während der bestimmten Zeitspanne ausgegeben wird.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Penetrationsbestimmungseinheit (13) feststellt, dass ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) durchdrungen hat, wenn eine Zeitspanne, in der das Signal gleich oder niedriger als der Schwellwert (B3) ist, für eine bestimmte Zeit oder länger andauert.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit (8) während eines Durchstechvorgangs ausgegeben wird, der vor dem Durchstechvorgang zur Bestimmung des Schwellwertes (B3) durchgeführt wird.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) den Schwellwert (B3) so einstellt, dass sich ein Verhältnis des Referenzsignals zum Bestimmungskriteriumswert und ein Verhältnis des Signals zum Schwellwert (B3) einander entsprechen.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, die ferner eine Alarmausgabeeinheit (35) zur Ausgabe eines Alarms aufweist, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) anhand des Referenzsignals und des Signals eine Anomalie beim Durchstechvorgang feststellt und die Schwellwerteinstelleinheit (14) die Alarmausgabeeinheit (35) bei Vorliegen einer Anomalie zur Ausgabe eines Alarms veranlasst.
Laserbearbeitungsmaschine (100) nach Anspruch 7, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) feststellt, dass der Durchstechvorgang anormal ist, wenn das Verhältnis des Referenzsignals zum Signal außerhalb eines bestimmten Bereichs liegt.
Steuergerät (10), das eine Bearbeitungskopfeinheit (5) steuert, die ein zu bearbeitendes Objekt (9) mit einem Laser bearbeitet, indem sie eine Bestrahlung mit einem Laserstrahl durchführt, wobei das Gerät (10) aufweist: eine Eingabeeinheit (11) zum Empfang eines Signals, das dem Streulicht (L1) von dem zu bearbeitenden Objekt (9) entspricht, wobei das Streulicht (L1) erzeugt wird, wenn das zu bearbeitende Objekt (9) mit dem Laserstrahl (4) bestrahlt wird; eine Schwellwerteinstelleinheit (14) zum Festlegen eines Schwellwertes (B3), der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) in einem Durchstechvorgang durchdrungen hat, auf Basis des während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegebenen Signals; und eine Penetrationsbestimmungseinheit (13), um auf Basis des Signals und des Schwellwerts (B3) zu bestimmen, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) durchdrungen hat, wobei die Schwellwerteinstelleinheit (14) den Schwellwert (B3) auf Basis eines im Voraus festgelegten Referenzsignals, eines Bestimmungskriteriumswertes, der als Kriterium zur Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) bei der Durchführung eines Durchstechvorgangs unter einer Bedingung, dass das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit (8) ausgegeben wird, durchdrungen hat, und des Signals festlegt.
Bestimmungsverfahren, das umfasst: einen Empfangsschritt zum Empfangen eines Signals, das dem Streulicht (L1) von einem zu bearbeitenden Objekt (9) entspricht, wobei das Streulicht (L1) erzeugt wird, wenn das zu bearbeitende Objekt (9) mit einem Laserstrahl (4) bestrahlt wird; einen Festlegungsschritt zum Festlegen eines Schwellwertes (B3), der als Kriterium für die Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) in einem Durchstechvorgang durchdrungen hat, auf Basis des während einer bestimmten Zeitspanne nach Beginn des Durchstechvorgangs ausgegebenen Signals; und einen Bestimmungsschritt zum Bestimmen, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) durchdrungen hat, auf Basis des Signals und des Schwellwerts (B3), wobei der Schwellwert (B3) in dem Festlegungsschritt auf Basis eines im Voraus festgelegten Referenzsignals, eines Bestimmungskriteriumswertes, der als Kriterium zur Bestimmung dient, ob ein Loch das zu bearbeitende Objekt (9) bei der Durchführung eines Durchstechvorgangs unter einer Bedingung, dass das Referenzsignal von der Lichtmesseinheit (8) ausgegeben wird, durchdrungen hat, und des Signals festgelegt wird.