DE112020002341T5

DE112020002341T5 - Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, Laserschneidvorrichtung und Funkenerodiervorrichtung

Info

Publication number: DE112020002341T5
Application number: DE112020002341.9T
Authority: DE
Inventors: Masaki Seguchi; Kyohei ISHIKAWA; Teruaki Fukuoka
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-06-13
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-02-26
Also published as: JP6758552B1; CN113993653B; DE112020002341B4; CN113993653A; US20220147036A1; US11474512B2; JPWO2020250496A1

Abstract

Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung (30), umfassend: eine Bearbeitungslicht-Messeinheit (31), die während der Bearbeitung an einer Bearbeitungsstelle erzeugtes Bearbeitungslicht misst; eine Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit (32), die an der Bearbeitungsstelle erzeugtes Bearbeitungsgeräusch misst; und eine Recheneinheit (40), die bestimmt, ob bei der Bearbeitung ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist. Die Recheneinheit (40) umfasst eine Merkmal-Extraktionseinheit (41), eine Bestimmungswert-Berechnungseinheit (43) und eine Bestimmungseinheit (48). Die Merkmal-Extraktionseinheit (41) extrahiert aus einem von der Bearbeitungslicht-Messeinheit (31) gemessenen Bearbeitungslicht-Signal ein Bearbeitungslicht-Merkmal, und extrahiert aus einem von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit (32) gemessenen Bearbeitungsgeräusch-Signal ein Bearbeitungsgeräusch-Merkmal. Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit (43) berechnet auf der Grundlage des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals einen kombinierten Fehlerbestimmungswert. Die Bestimmungseinheit (48) vergleicht den kombinierten Fehlerbestimmungswert mit einem Bestimmungskriterium, um zu bestimmen, ob der Bearbeitungsfehler aufgetreten ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, eine Laserschneidvorrichtung und eine Funkenerodiervorrichtung, die einen Fehler bei der Bearbeitung wie beispielsweise Laserschneiden und Funkenerosionsbearbeitung erkennen.
Technologischer Hintergrund
Beim Laserschweißen ist es schwierig, die Schweißqualität anhand des Aussehens des geschweißten Objekts zu beurteilen und daher wird die Schweißqualität durch die Untersuchung eines geschweißten Querschnitts überprüft. Es ist jedoch nicht realistisch, einen geschweißten Querschnitt nach dem Schweißen zu untersuchen. Vor diesem Hintergrund offenbart Patentliteratur 1 ein Laserschweißverfahren, bei dem wenigstens eines von einem während des Laserschweißens erzeugten Bearbeitungslicht und/oder Bearbeitungsgeräusch mit einem Sensor gemessen wird, und ein Merkmal, das die Intensität oder Amplitude des wenigstens einen gemessenen Bearbeitungslichts und/oder des Bearbeitungsgeräuschs umfasst, mit einem gewünschten Wert eines erfolgreichen Laserschweißens verglichen wird, sodass ein Bearbeitungsfehler erkannt werden kann.
Zitierliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanische Patentanmeldung Offenlegungsnummer 2007 - 253 197
Kurzbeschreibung
Technisches Problem
Patentliteratur 1 bezieht sich auf ein Verfahren zum Laserschweißen, nicht auf ein Verfahren zum Laserschneiden. Beim Laserschneiden wird die Qualität des geschnittenen Objekts durch Beobachtung des Aussehens des geschnittenen Objekts überprüft. Im Falle eines leichten Bearbeitungsfehlers während des Schneidens kann die Qualität des geschnittenen Objekts jedoch nicht während des Laserschneidens überprüft werden, sondern muss die Qualität nach Beendigung des Laserschneidens überprüft werden. Es besteht Bedarf an einer Technik, mit der die Qualität des geschnittenen Objekts während des Laserschneidens überprüft werden kann. Weiter kann eine Änderung der Bearbeitungsbedingungen, einschließlich des Materials oder der Dicke des Werkstücks, zu Abweichungen bei den mit dem Sensor erfassten Merkmalen führen. Bei dem in Patentliteratur 1 beschriebenen Verfahren wird der richtige Wert auf der Grundlage von Werten berechnet, die mit dem Sensor während des erfolgreichen Laserschweißens gemessen wurden, aber diese Schwankungen der Merkmale werden bei der Berechnung des richtigen Wertes nicht berücksichtigt. Aufgrund der Schwankungen in den Merkmalen ist es unmöglich, den richtigen Wert angemessen einzustellen und die Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern zu verbessern. Darüber hinaus besteht ein Bedarf an einer Technik, welche die Erkennung von Bearbeitungsfehlern nicht nur beim Laserschneiden, sondern auch bei anderen Bearbeitungsverfahren, wie beispielsweise der Funkenerosion, im Vergleich zum Stand der Technik unter wechselnden Bearbeitungsbedingungen verbessern kann.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der obigen Ausführungen gemacht, und es ist eine ihrer Aufgaben, eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung zu erhalten, die in der Lage ist, die Erkennung von Bearbeitungsfehlern unter den wechselnden Bearbeitungsbedingungen zu verbessern.
Lösung des Problems
Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erreichen, weist eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auf: eine Bearbeitungslicht-Messeinheit, um Bearbeitungslicht zu messen, das an einer Bearbeitungsstelle während der Bearbeitung erzeugt wird; eine Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit, um Bearbeitungsgeräusche zu messen, die an der Bearbeitungsstelle erzeugt werden; und eine Recheneinheit, um zu bestimmen, ob bei der Bearbeitung ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist. Die Recheneinheit umfasst eine Merkmal-Extraktionseinheit, eine Bestimmungswert-Berechnungseinheit und eine Bestimmungseinheit. Die Merkmal-Extraktionseinheit extrahiert aus einem Bearbeitungslicht-Signal, das von der Bearbeitungslicht-Messeinheit gemessen wird, ein Bearbeitungslicht-Merkmal und extrahiert aus einem Bearbeitungsgeräusch-Signal, das von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit gemessen wird, ein Bearbeitungsgeräusch-Merkmal. Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit berechnet basierend auf dem Bearbeitungslicht-Merkmal und dem Bearbeitungsgeräusch-Merkmal einen kombinierten Fehlerbestimmungswert. Die Bestimmungseinheit vergleicht den kombinierten Fehlerbestimmungswert mit einem Bestimmungskriterium, um zu bestimmen, ob der Bearbeitungsfehler aufgetreten ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann den Effekt einer Verbesserung der Erkennung von Bearbeitungsfehlern unter den wechselnden Bearbeitungsbedingungen erzielen.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Bereich um eine Bearbeitungsstelle beim Laserschneiden gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Anordnung zwischen einem Schnittschlitz und einer Bearbeitungslicht-Messeinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der Schnittschlitz eine bestimmte Breite hat, wenn das Werkstück und die Bearbeitungslicht-Messeinheit, die in 3 dargestellt sind, mit einer Ebene P geschnitten werden, die durch die Bearbeitungslicht-Messeinheit verläuft und senkrecht auf die Erstreckungsrichtung des Schnittschlitzes steht.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der Schnittschlitz in einer Ebene eine bestimmte Breite aufweist, die durch Schneiden des Werkstücks erhalten wird, und die in 3 dargestellte Bearbeitungslicht-Messeinheit in der Ebene P zeigt, die durch die Bearbeitungslicht-Messeinheit verläuft und senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Schnittschlitzes steht.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die relative Genauigkeit zeigt, mit der jede Art von Fehler beim Laserschneiden der ersten Ausführungsform durch Bearbeitungslicht und Bearbeitungsgeräusch erkannt wird.
7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Gewichtungsinformation gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
8 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Hardwarekonfiguration einer Recheneinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
9 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Gewichtungsinformation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
11 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
12 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Gewichtungsinformation gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt.
14 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Drahterodiervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt.
15 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation zu Beginn der Funkenerodierbearbeitung eines dicken Werkstücks zeigt.
16 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation des Fortschritts der Funkenerodierbearbeitung an dem dicken Werkstück in 15 zeigt.
17 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation des Fortschritts der Funkenerodierbearbeitung an einem dünnen Werkstück zeigt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, eine Laserschneidvorrichtung und eine Funkenerodiervorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform.
1 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Laserschneidvorrichtung 1 umfasst eine Laserschneideinheit 10 und eine Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30. Die Laserschneideinheit 10 führt durch Bestrahlung eines Werkstücks 100 mit Laserlicht L eine Bearbeitung durch. Die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 ist eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, die einen Laserschneidfehler der Laserschneideinheit 10 erkennt.
Die Laserschneideinheit 10 umfasst einen Arbeitstisch 11, einen Laseroszillator 12, einen Bearbeitungskopf 13 und eine optische Faser 14. Auf dem Arbeitstisch 11 befindet sich das Werkstück 100. Der Laseroszillator 12 gibt das Laserlicht L aus. Der Bearbeitungskopf 13 fokussiert das Laserlicht L des Laseroszillators 12 auf das Werkstück 100. Die optische Faser 14 ermöglicht die Leitung des Laserlichts L vom Laseroszillator 12 zum Bearbeitungskopf 13.
Der Laseroszillator 12 kann von jedem Typ sein. Ein Beispiel für den Laseroszillator 12 ist ein Gaslaser wie ein Kohlendioxidlaser, oder ein Festkörperlaser wie ein Faserlaser-Oszillator oder ein Yttrium-Aluminium-Granat-Laser (YAG), der einen YAG-Kristall als aktives Medium verwendet. Alternativ kann der Laseroszillator 12 auch ein Direct Diode Laser (direkter Diodenlaser) sein, der das Licht einer Laserdiode so verwendet, wie es ist.
Der Bearbeitungskopf 13 umfasst ein optisches System 131 und eine Bearbeitungsdüse 132. Das optische System 131 fokussiert das Laserlicht L auf das Werkstück 100. Die Bearbeitungsdüse 132 führt einer Bearbeitungsstelle, an der das Werkstück 100 beim Laserschneiden mit dem Laserlicht L bestrahlt wird, Bearbeitungsgas zu. Die Zufuhr von Bearbeitungsgas aus der Bearbeitungsdüse 132 bläst die durch das Laserlicht L geschmolzene Metallschlacke ab. Ein Beispiel für das Bearbeitungsgas ist Sauerstoff oder Stickstoff. Die Zufuhr von Sauerstoffgas als Bearbeitungsgas fördert die Bearbeitung durch Oxidationsreaktionen. Die Zufuhr von Stickstoffgas als Bearbeitungsgas verhindert die Oxidation der bearbeiteten Oberfläche und verbessert dadurch die Qualität der bearbeiteten Oberfläche. Es wird darauf hingewiesen, dass die Bearbeitungsdüse 132 mit einer (nicht dargestellten) Bearbeitungsgas-Versorgungseinheit verbunden ist, der das Bearbeitungsgas zugeführt wird. Wenn die Laserschneideinheit 10 eine Formbearbeitung durchführt, sind außerdem mindestens eine oder mehrere (nicht dargestellten) Antriebsvorrichtungen vorgesehen, um die relative Lagebeziehung zwischen dem Bearbeitungskopf 13 und dem Arbeitstisch 11 zu verändern.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 misst Licht und Schall (Geräusch), die erzeugt werden, wenn die Laserschneideinheit 10 an dem Werkstück 100 Laserschneiden durchführt, und bestimmt auf der Grundlage eines Ergebnisses der Messung, ob beim Laserschneiden ein Fehler aufgetreten ist. Die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 umfasst eine Bearbeitungslicht-Messeinheit 31, eine Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 und eine Recheneinheit 40.
Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 misst das Bearbeitungslicht von Plasma, das auf oder in der Nähe der Oberfläche des Werkstücks 100 erzeugt wird, wenn das Werkstück 100 beim Laserschneiden eine hohe Temperatur erreicht hat, und gibt an die Recheneinheit 40 ein Bearbeitungslicht-Signal aus, in dem die gemessenen Strahlen des Bearbeitungslichts in Zeitreihen angeordnet sind. Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 ist mit einem optischen Sensor oder einem Spektrometer ausgestattet. Beispiele für den optischen Sensor sind eine Photodiode, eine Photoelektronenröhre, ein CCD-Sensor (charge-coupled device sensor) und ein CMOS-Sensor (complementary metal-oxide-semiconductor sensor). Ein Beispiel für ein Spektrometer ist ein Spektralspektrometer.
2 ist ein Diagramm, das schematisch einen Bereich um eine Bearbeitungsstelle beim Laserschneiden gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 kann so angeordnet sein, dass sie das an der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungslicht misst. Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 kann außerhalb der Bearbeitungsdüse 132 angeordnet sein, wie in 1 dargestellt, oder innerhalb der Bearbeitungsdüse 132 angeordnet sein, wie in 2 dargestellt. In diesen Fällen ist die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 auf der Seite installiert, von der aus das Werkstück 100 mit dem Laserlicht L bestrahlt wird. In diesen Fällen kann alternativ ein optisches System mit einem 50 %-Strahlteiler verwendet werden, sodass das Bearbeitungslicht von der Bearbeitungsstelle zur Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 geleitet wird. Ein Bearbeitungsfehler, der in einem Schnittschlitz 101 oder an einer Schnittfront 102, die eine mit dem Laserlicht L bestrahlte schräge Fläche ist, auftritt, wird als Änderung der Signallichtintensität des Bearbeitungslichts gemessen.
Zurückkommend auf 1 misst die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 Bearbeitungsgeräusch, das während des Laserschneidens in der Nähe der Bearbeitungsstelle erzeugt wird, und gibt ein Bearbeitungsgeräusch-Signal an die Recheneinheit 40 aus, in dem die gemessenen Bearbeitungsgeräusche in Zeitreihen angeordnet sind. Die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 ist mit einem Bearbeitungsgeräusch-Erfassungssensor ausgestattet. Ein Beispiel für den Bearbeitungsgeräusch-Erfassungssensor ist ein Mikrofon. Die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 ist in der Nähe der Bearbeitungsstelle außerhalb des Bearbeitungskopfes 13 installiert.
Das im Bereich der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungsgeräusch wird hauptsächlich in Düsen-Durchgangsgeräusch, Gas-Ableitungsgeräusch und Schnittbereich-Durchgangsgeräusch unterteilt. Das Düsen-Durchgangsgeräusch ist ein Geräusch, das erzeugt wird, wenn das Bearbeitungsgas durch die Bearbeitungsdüse 132 strömt. Das Gas-Ableitungsgeräusch ist ein Geräusch, das erzeugt wird, wenn der Strom des Bearbeitungsgases durch den Spalt zwischen der Spitze der Bearbeitungsdüse 132 und dem Werkstück 100 strömt und in die Umgebung zerstreut wird. Das Schnittbereich-Durchgangsgeräusch ist ein Geräusch, das erzeugt wird, wenn der Strom des Bearbeitungsgases durch einen Schnittschlitz 101 genannten schmalen Spalt strömt, der während des Laserschneidens im Werkstück 100 ausgebildet wird, wie in 2 dargestellt. Der Schnittschlitz 101 weist je nach Bearbeitungssituation an seinen Bearbeitungsstellen unterschiedliche Breiten oder abgeschrägte Formen auf. Aus diesem Grund ändert sich die Form des Strömungsweges, durch den das Bearbeitungsgas strömt. Eine solche Änderung wird als Änderung des Bearbeitungsgeräuschs, insbesondere des Schnittbereich-Durchgangsgeräuschs, gemessen.
Zurückkommend auf 1 verwendet die Recheneinheit 40 das Bearbeitungslicht-Signal der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und das Bearbeitungsgeräusch-Signal der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32, um zu bestimmen, ob beim Laserschneiden ein Bearbeitungsfehler erkannt wurde.
Die Recheneinheit 40 umfasst eine Merkmal-Extraktionseinheit 41, eine Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42, eine Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43, eine Gewicht(ungs)informations-Speichereinheit 46, eine Kriterium-Speichereinheit 47 und eine Bestimmungseinheit 48.
Die Merkmal-Extraktionseinheit 41 umfasst eine Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 und eine Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412. Die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 analysiert das von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 erhaltene Zeitreihen-Bearbeitungslicht-Signal und extrahiert ein Bearbeitungslicht-Merkmal, das eine Charakteristik der Bearbeitung angibt. Ein Beispiel für ein Bearbeitungslicht-Merkmal ist eine durchschnittliche Intensität des Bearbeitungslicht-Signals, d. h. der Durchschnitt der Intensitäten des Zeitreihen-Bearbeitungslicht-Signals, oder ein Variationskoeffizient des Bearbeitungslichts, d. h. die Varianz des Bearbeitungslicht-Signals, normalisiert durch die durchschnittliche Intensität des Bearbeitungslicht-Signals.
Die Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 analysiert das von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 erhaltene Zeitreihen-Bearbeitungsgeräusch-Signal und extrahiert ein Bearbeitungsgeräusch-Merkmal, das eine Charakteristik der Bearbeitung angibt. Ein Beispiel für ein Bearbeitungsgeräusch-Merkmal ist eine durchschnittliche Intensität des Bearbeitungsgeräusch-Signals, d. h. der Durchschnitt der Intensitäten des Zeitreihen-Bearbeitungsgeräusch-Signals, oder ein Variationskoeffizient des Bearbeitungsgeräuschs, d. h. die Varianz des Bearbeitungsgeräusch-Signals, normalisiert durch die durchschnittliche Intensität des Bearbeitungsgeräusch-Signals.
Die Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42 speichert Fehlerbestimmungsinformation, die Merkmale angibt, die beim Auftreten von Bearbeitungsfehlern erzeugt werden. Beispiele von Bearbeitungsfehlern, die beim Laserschneiden wünschenswerter Weise erkannt werden sollen, sind Bearbeitungsfehler aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs und Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche. Zu den Bearbeitungsfehlern, die auf eine Blockade des Schnittbereichs zurückzuführen sind, gehören Verbrennungen oder Aushöhlungen (engl. gouging), die auftreten, wenn Metallschlacke des Werkstücks 100, die durch das Laserlicht L erhitzt und geschmolzen wurde, den Schnittschlitz 101 blockiert. Zu den Bearbeitungsfehlern in der Schnittfläche gehören weiter Fehlstellen (engl. flaws) oder Rauheit, die durch diskontinuierlichen Schlackenabtrag aufgrund von Verunreinigungen im Werkstück 100 in der Schnittfläche, unzureichende Intensität, übermäßige Intensität oder Instabilität des Laserlichts L oder Schmelzinstabilität der geschmolzenen Metalloberfläche verursacht werden.
Die Fehlerbestimmungsinformation enthält Zuordnungen zwischen Bearbeitungsfehler-Arten und Fehlerbestimmungskriterien, sodass der Bearbeitungsfehler aufgrund der Blockade des Schnittbereichs und der Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche erkannt werden können. Ein Fehlerbestimmungskriterium ist ein Standard zur Identifizierung eines extrahierten Merkmals als Bearbeitungsfehler. Ein Beispiel für die Fehlerbestimmungsinformation ist die Zuordnung zwischen dem Fehler aufgrund Blockade des Schnittbereichs und dem extrahierten Variationskoeffizienten des Bearbeitungslichts und dem extrahierten Variationskoeffizienten des Bearbeitungsgeräuschs zum Zeitpunkt des Fehlers aufgrund Blockade des Schnittbereichs. Ein weiteres Beispiel für die Fehlerbestimmungsinformation ist die Zuordnung zwischen dem Fehler der Schnittfläche und dem beobachteten Variationskoeffizienten des Bearbeitungslichts und dem beobachteten Variationskoeffizienten des Bearbeitungsgeräuschs zum Zeitpunkt des Fehlers der Schnittfläche. Obwohl hier Fehler aufgrund von Blockaden im Schnittbereich und Fehler in der Schnittfläche als Beispiele für Fehlertypen beschrieben werden, können auch andere Fehler einbezogen werden, die anhand des Bearbeitungslichts und des Bearbeitungsgeräuschs erkannt werden können. Zu den anderen Fehlern gehören Schlacke-Anhaftungen, d. h. Metallschlacke, die sich am unteren Ende des Schnittschlitzes verfestigt.
Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43 berechnet einen kombinierten Fehlerbestimmungswert, indem sie das Bearbeitungslicht-Merkmal und das Bearbeitungsgeräusch-Merkmal, wie sie in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung definiert sind, gewichtet und die gewichteten Merkmale kombiniert. In der ersten Ausführungsform berechnet die Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43 einen Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und einen Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert unter Verwendung des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals und gewichtet die berechneten Fehlerbestimmungswerte, wie sie in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung definiert sind, um einen kombinierten Fehlerbestimmungswert zu berechnen. Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43 umfasst eine Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 44 und eine kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45. Die Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 44 berechnet einen Fehlerbestimmungswert für jedes der Bearbeitungslicht-Merkmale und der Bearbeitungsgeräusch-Merkmale. Die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 gewichtet den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert und berechnet einen kombinierten Fehlerbestimmungswert.
Die Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 44 umfasst eine Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 und eine Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442. Die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 vergleicht das durch die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 extrahierte Bearbeitungslicht-Merkmal mit einem Fehlerbestimmungskriterium in der Fehlerbestimmungsinformation und berechnet einen Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert, der den Grad der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Bearbeitungsfehlers angibt. Ein Beispiel für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert ist der Grad der Übereinstimmung zwischen dem Bearbeitungslicht-Merkmal und dem Fehlerbestimmungskriterium für Bearbeitungslicht in der Fehlerbestimmungsinformation.
Die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 vergleicht das von der Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 extrahierte Bearbeitungsgeräusch-Merkmal mit einem Fehlerbestimmungskriterium in der Fehlerbestimmungsinformation und berechnet einen Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert, der den Grad des Auftretens des Fehlers angibt. Ein Beispiel für den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert ist der Grad der Übereinstimmung zwischen dem Bearbeitungsgeräusch-Merkmal und dem Fehlerbestimmungskriterium für das Bearbeitungsgeräusch in der Fehlerbestimmungsinformation.
Es wird darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem die Fehlerbestimmungsinformation mehrere Bearbeitungsfehler-Arten enthält, die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 und die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerte und die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerte für alle Arten von Bearbeitungsfehlern berechnen und individuell den Wert auswählen, der den höchsten Grad der Übereinstimmung aufweist. In einem Fall, in dem die ausgewählten Fehlerbestimmungswerte, welche den höchsten Grad der Übereinstimmung aufweisen, kleiner als ein Schwellenwert sind, können die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 und die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 bestimmen, dass kein Fehler aufgetreten ist. Das heißt, wenn der Grad der Übereinstimmung kleiner als ein bestimmter Schwellenwert ist, wird festgestellt, dass kein Fehler aufgetreten ist, in welchem Fall die Berechnung eines kombinierten Fehlerbestimmungswertes in der nachfolgend beschriebenen kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 übersprungen werden kann.
Nachfolgend wird beschrieben, wie einfach die Erkennung von Bearbeitungsfehlern beim Laserschneiden mit Hilfe von Bearbeitungslicht ist. Wie vorstehend beschrieben, befindet sich die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 innerhalb des Bearbeitungskopfes 13 oder außerhalb des Bearbeitungskopfes 13 auf der Seite, von der aus das Werkstück 100 mit dem Laserlicht L bestrahlt wird.
Zum Zeitpunkt des Verbrennens oder Aushöhlens, was ein Bearbeitungsfehler aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs ist, wird die während der Bearbeitung erzeugte Metallschlacke im Gegensatz zum erfolgreichen Schneiden nicht nach unten aus dem den Schnittschlitz 101 aufweisenden Werkstück 100 von 2 abgeführt, sondern verbleibt in der Nähe der Bearbeitungsstelle auf der Oberfläche des Werkstücks 100. Aus diesem Grund wird die Metallschlacke, die in der Nähe der Bearbeitungsstelle verbleibt, mit dem Laserlicht L bestrahlt, und somit weist das geschmolzene Metall in der Nähe der Bearbeitungsstelle auf der Oberfläche des Werkstücks 100 eine so hohe Temperatur auf, dass ein starkes Bearbeitungslicht erzeugt wird. Dies hilft der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31, das Bearbeitungslicht mit Leichtigkeit zu messen, was es der Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 ermöglicht, eine hohe Lichtsignalintensität des Bearbeitungslichts zu erhalten. Infolgedessen kann die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 den Bearbeitungsfehler aufgrund von Metallschlacke leicht identifizieren, indem sie Bearbeitungslicht verwendet.
Andererseits variiert die Leichtigkeit der Bestimmung von Fehlstellen oder Rauheit, was ein Bearbeitungsfehler der Schnittfläche ist, in Abhängigkeit von der Plattendicke oder dem Bereich, an dem der Bearbeitungsfehler auftritt. In 2 werden das Laserlicht L und das Bearbeitungsgas durch einen Bearbeitungsdüsenauslass 132a der Bearbeitungsdüse 132 zu der Bearbeitungsstelle auf dem Werkstück 100 geführt. Die durch das Laserlicht L geschmolzene Metallschmelze fließt durch ihr Eigengewicht, Oberflächenspannung oder Bearbeitungsgas nach unten. Im Beispiel von 2 wird durch die Bewegung des Bearbeitungskopfes 13 in die linke Richtung relativ zum Werkstück 100 der Schnittschlitz 101 zwischen Kanten auf der Oberfläche des Werkstücks 100 gebildet. Auf diese Weise wird Schneiden durchgeführt.
Der Schnittschlitz 101 umfasst die Schnittfront 102, welche eine schräge Fläche ist, die mit dem Laserlicht L bestrahlt wird. Während des Schneidens befindet sich geschmolzenes Metall auf der Oberfläche der Schnittfront 102. Da geschmolzenes Metall bei niedrigen Temperaturen eine hohe Viskosität und Oberflächenspannung aufweist, wird dieses geschmolzene Metall erst dann nach unten in 2 abgeführt, wenn das Gewicht des geschmolzenen Metalls groß genug ist, um die Viskosität und Oberflächenspannung zu überwinden. Wenn das Volumen des geschmolzenen Metalls und das Gewicht des geschmolzenen Metalls mit dem Fortschreiten des Schmelzvorgangs zunehmen, überwindet das Gewicht des geschmolzenen Metalls die Viskosität und Oberflächenspannung, sodass das geschmolzene Metall nach unten in 2 austritt. In diesem Fall wird ein großes Volumen an geschmolzenem Metall auf einmal ausgetragen, was die Oberflächenrauheit der Schnittfront 102 so weit erhöht, dass Fehlstellen, Rauheit oder Ähnliches auftreten können. Andererseits besitzt geschmolzenes Metall bei hohen Temperaturen eine niedrige Viskosität und wird daher sogar mit einem geringeren Gewicht oder Volumen an geschmolzenem Metall zur Überwindung der Viskosität und Oberflächenspannung nach unten in 2 abgeführt. In diesem Fall wird zu jeden Zeitpunkt jeweils nur ein kleines Volumen an geschmolzenem Metall abgeführt, was die Oberflächenrauheit der Schnittfront 102 so weit reduziert, dass das Auftreten von Fehlstellen, Rauheit oder Ähnlichem unwahrscheinlich ist. Da zu jeden Zeitpunkt jeweils ein kleineres Volumen an geschmolzenem Metall ausgetragen wird, weist die Schnittfläche eine geringere Oberflächenrauheit auf, und die Oberflächenrauheit, Fehlstellen oder Rauheit der Schnittfläche hängt von der Temperatur der Schnittfront 102 ab. Es wird darauf hingewiesen, dass die Temperatur und das Volumen des geschmolzenen Metalls in diesem Fall vom Material des Werkstücks 100, das dem Laserschneiden unterzogen werden soll, und dem zu verwendenden Bearbeitungsgas abhängen. Insbesondere hängen die Temperatur und das Volumen des geschmolzenen Metalls von der Dichte des geschmolzenen Metalls und der Viskosität des Materials des geschmolzenen Metalls in Bezug auf die Temperatur ab.
Da die Schnittfront 102 mit der Eigenfrequenz schwingt, die von der Viskositätsverteilung, der Dickenverteilung oder der Dichteverteilung bestimmt wird, die von der Zusammensetzung, dem Oxidationszustand oder der Temperaturverteilung des geschmolzenen Metalls abhängt, ändert sich außerdem die Oberflächenform des geschmolzenen Metalls auf der Schnittfront 102 in Abhängigkeit vom Bearbeitungszustand. Die mit dem Laserlicht L bestrahlte Schnittfront 102 ist heiß und weist daher eine entsprechende Strahlungsverteilung auf, und die Richtung des Bearbeitungslichts ändert sich ebenfalls in Abhängigkeit von der Vibration der Schnittfront 102. Da das von der Schnittfront 102 abgegebene geschmolzene Metall oder Plasma ebenfalls heiß ist, wird im Schnittschlitz 101 bzw. im Wesentlichen oberhalb der Bearbeitungsstelle am Werkstück 100 zudem Bearbeitungslicht erzeugt.
Ein solches in der Nähe der Bearbeitungsstelle erzeugtes Bearbeitungslicht enthält viele Informationen über die Schnittfront 102, und die Messung dieses Bearbeitungslichts kann die Bearbeitungssituation abschätzen. Wenn das Werkstück 100 im Verhältnis zur Breite des Schnittschlitzes dünn ist, wie in 2 dargestellt, kann die Schnittfront 102 vom Sensor in der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 beobachtet werden. Es ist daher möglich, anhand des Bearbeitungslichts mit hoher Genauigkeit das Vorhandensein von Fehlstellen oder Rauheit im Schnittschlitz 101 zu bestimmen.
Andererseits kann das Werkstück 100 relativ zur Breite des im Werkstück 100 ausgebildeten Schnittschlitzes 101 dick sein, wovon im Folgenden ein Beispiel beschrieben wird. 3 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Anordnung zwischen einem Schnittschlitz und einer Bearbeitungslicht-Messeinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 3 dargestellt, befindet sich die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 an einer Position, an der die Bearbeitungsstelle zu beobachten ist. Welche Dicke im Verhältnis zur Dicke des Werkstücks 100 als groß angesehen wird, hängt von der Art des Werkstücks 100 oder den Bearbeitungsbedingungen ab. Ein Beispiel ist, das Werkstück 100 mit einer Dicke von 9 mm oder weniger als dünn, das Werkstück 100 mit einer Dicke von 19 mm oder mehr als dick und den Dickenbereich von 9 mm bis 19 mm ausschließlich als mittlere Dicke anzusehen. Als Beispiel wird angenommen, dass die Breite des Schnittschlitzes W ist, die Dicke des Werkstücks 100 T ist, und das Verhältnis zwischen der Dicke des Werkstücks 100 und der Breite des Schnittschlitzes T/W ist. Das Werkstück 100 mit einem T/W von 15 oder weniger gilt als dünn, das Werkstück 100 mit einem T/W von 20 oder mehr gilt als dick, und der Bereich von T/W von 15 bis 20 wird als mittlere Dicke angesehen.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der Schnittschlitz eine bestimmte Breite hat, wenn das Werkstück und die Bearbeitungslicht-Messeinheit, die in 3 dargestellt sind, mit einer Ebene P geschnitten werden, die durch die Bearbeitungslicht-Messeinheit verläuft und senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Schnittschlitzes steht. In einem Fall, in dem das Werkstück 100 relativ zur Breite des Schnittschlitzes 101 dick ist, muss das im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 erzeugte Bearbeitungslicht durch den dicken, schmalen Schnittschlitz 101 hindurchgehen, um die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 zu erreichen, wie in 4 dargestellt, und daher kann nur ein kleiner Raumwinkel die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 erreichen. Das bedeutet, dass nur eine geringe Intensität des Bearbeitungslichts von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 gemessen werden kann, was die Genauigkeit der Erfassung verringert.
5 ist ein Diagramm, das ein Beispiel zeigt, bei dem der Schnittschlitz eine bestimmte Breite hat, wenn das Werkstück und die Bearbeitungslicht-Messeinheit, die in 3 dargestellt sind, mit der Ebene P geschnitten werden, die durch die Bearbeitungslicht-Messeinheit verläuft und senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Schnittschlitzes steht. In dem Fall, in dem der Schnittschlitz 101 in einem Zwischenabschnitt in Dickenrichtung des Werkstücks 100 eine verengte Form aufweist, wie in 5 dargestellt, kann das Bearbeitungslicht, das unterhalb des Zwischenabschnitts des Schnittschlitzes 101 erzeugt wird, die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 nicht geradlinig erreichen. Daher ist es schwieriger, einen Bearbeitungsfehler, der an einer Position unterhalb der verengten Form auftritt, anhand des Bearbeitungslichts zu erkennen.
Daher ist in dem Fall, in dem die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 das durch einen Bearbeitungsfehler im Schnittschlitz 101 erzeugte Bearbeitungslicht misst, das durch einen Bearbeitungsfehler im oberen Abschnitt des Schnittschlitzes 101 erzeugte Bearbeitungslicht leichter zu messen als das durch einen Bearbeitungsfehler im unteren Abschnitt erzeugte Bearbeitungslicht. Dementsprechend ist verglichen mit der Genauigkeit der Erkennung von Fehlstellen oder Rauheit, die im oberen Abschnitt des Schnittschlitzes 101 erzeugt werden, die Genauigkeit der Erkennung von Fehlstellen oder Rauheit, die im unteren Abschnitt erzeugt werden, relativ gering. Allerdings können selbst im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 Fehlstellen oder Rauheiten, die groß genug sind, um den Spalt zu schließen, erkennbares Bearbeitungslicht erzeugen, was die Genauigkeit der Erkennung erhöht.
Nachfolgend wird beschrieben, wie einfach die Erkennung von Bearbeitungsfehlern mit Hilfe von Bearbeitungsgeräuschen während des Laserschneidens ist, wobei der Schwerpunkt auf dem Düsen-Durchgangsgeräusch, Gas-Ableitungsgeräusch oder Schnittbereich-Durchgangsgeräusch liegt, wie vorstehend beschrieben. Die Breite oder Form des Schnittschlitzes 101 ändert sich je nach Bearbeitungssituation, sodass sich die Form des Strömungsweges, durch den das Bearbeitungsgas strömt, ändert, und eine solche Änderung wird von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 als Änderungen des Bearbeitungsgeräusches gemessen.
Zum Zeitpunkt des Verbrennens oder Aushöhlens, welche Bearbeitungsfehler aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs sind, ist der Schnittschlitz 101 mit geschmolzenem Metall verstopft, sodass der Fluss des Bearbeitungsgases zum Schnittschlitz 101 vollständig stoppt. Daher wird nach dem Auftreten von Verbrennen oder Aushöhlen kein Schnittbereich-Durchgangsgeräusch beobachtet. Die mit dem Auftreten von Verbrennen oder Aushöhlen verbundenen Änderungen des Bearbeitungsgeräuschs sind so ausgeprägt, dass die Bestimmung eines Bearbeitungsfehlers anhand des Bearbeitungsgeräuschs erleichtert wird.
Die Einfachheit der Bestimmung von Fehlstellen oder Rauheit, die Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche darstellen, variiert je nach Plattendicke oder dem Abschnitt, in dem der Bearbeitungsfehler auftritt. In einem Fall, in dem das Werkstück 100 im Verhältnis zur Breite des Schnittschlitzes dick ist, wie in 3 dargestellt, ist die Strecke der Wechselwirkung zwischen dem Bearbeitungsgas und der bearbeiteten Oberfläche, die durch Laserschneiden erzeugt wird, so lang, dass die Intensität des Bearbeitungsgeräusch-Signals zunimmt. Aus diesem Grund ändert sich die Situation des Stroms des Bearbeitungsgases im gesamten Schnittschlitz 101, wenn ein Bearbeitungsfehler, wie beispielsweise ein Fehlstellen oder eine Rauheit, im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 auftritt. Infolgedessen ist es möglich, den Bearbeitungsfehler, der auf der Schnittfläche entsteht, als eine große Veränderung des Bearbeitungsgeräusches zu messen.
Umgekehrt ist in einem Fall, in dem das Werkstück 100 im Verhältnis zur Breite des Schnittschlitzes 101 dünn ist, wie in 2 dargestellt, die Strecke der Wechselwirkung zwischen dem Bearbeitungsgas und der bearbeiteten Oberfläche kurz. Infolgedessen tritt nur eine geringfügige Änderung im Bearbeitungsgeräusch-Signal auf, und die Genauigkeit der Erkennung des Bearbeitungsfehlers, der auf der Schnittfläche erzeugt wird, ist relativ gering.
6 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die relative Genauigkeit zeigt, mit der jede Art von Fehler beim Laserschneiden gemäß der ersten Ausführungsform durch Bearbeitungslicht und Bearbeitungsgeräusch erkannt wird. Diese Zeichnung fasst die vorstehende Beschreibung zusammen. Im Falle eines Bearbeitungsfehlers aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs kann der Fehler mit hoher Genauigkeit entweder durch Bearbeitungslicht oder durch Bearbeitungsgeräusche erkannt werden. Im Falle eines Bearbeitungsfehlers in der Schnittfläche des Werkstücks 100, das relativ zur Breite des Schnittschlitzes dick ist, ist die Genauigkeit der Erkennung des Bearbeitungsfehlers durch Bearbeitungslicht gering, während der Fehler mit hoher Genauigkeit durch Bearbeitungsgeräusch erkannt werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die Verwendung von Bearbeitungslicht aus dem oberen Abschnitt des Schnittschlitzes 101 die Erkennung des Fehlers mit hoher Genauigkeit ermöglicht, aber die Verwendung von Bearbeitungslicht aus dem unteren Abschnitt die Genauigkeit der Fehlerbestimmung verschlechtert. Wenn das Werkstück 100 im Verhältnis zur Breite des Schnittschlitzes dünn ist, kann der Fehler mit hoher Genauigkeit durch Bearbeitungslicht erkannt werden, während die Genauigkeit der Erkennung des Bearbeitungsfehlers durch Bearbeitungsgeräusch gering ist.
Zurückkommend auf 1 berechnet die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 unter Verwendung eines Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswertes, eines Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswertes und von Gewicht(ung)en einen kombinierten Fehlerbestimmungswert. Zu diesem Zeitpunkt erhält die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 Gewichtungen, die den Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 zugeordnet sind, aus Gewichtungsinformation in der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46. Die Gewichtungsinformation wird später beschrieben. Der kombinierte Fehlerbestimmungswert wird durch jeweilige Multiplikation des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswertes und des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswertes mit einer Gewichtung und durch Addition der gewichteten Werte miteinander erhalten.
Die Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 speichert Gewichtungsinformation, die Gewichtungen für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert in Zuordnung mit Bearbeitungsbedingungen für das Laserschneiden des Werkstücks 100 definieren. 7 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Gewichtungsinformation gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. In diesem Beispiel ist die Plattendicke des Werkstücks 100 als eine Bearbeitungsbedingung gezeigt. Die Plattendicke kann eine absolute Dicke oder eine relative Dicke sein, d. h. das Verhältnis der Plattendicke des Werkstücks 100 zur Breite des Schnittschlitzes. Dann werden für jeden Bereich der Plattendicke Gewichtungen für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert festgelegt.
Wie vorstehend beschrieben, kann die Genauigkeit der Erkennung bei der Erkennung von Bearbeitungsfehlern durch die Messung von Bearbeitungslicht oder die Genauigkeit der Erkennung bei der Erkennung von Bearbeitungsfehlern durch die Messung von Bearbeitungsgeräuschen hoch oder niedrig sein, abhängig von den Bearbeitungsbedingungen wie der Dicke des Werkstücks 100 oder der Situation des Auftretens von Bearbeitungsfehlern. Mit anderen Worten, die Genauigkeit der Erkennung durch Bearbeitungslicht und die Genauigkeit der Erkennung durch Bearbeitungsgeräusche sind nicht konstant, sondern können in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen variieren. In einigen Fällen ist daher die Erkennung von Bearbeitungsfehlern allein durch die Messung von Bearbeitungslicht oder die Erkennung von Bearbeitungsfehlern allein durch die Messung von Bearbeitungsgeräuschen nicht ausreichend genau.
Darüber hinaus ist, wie in 6 dargestellt, in dem Fall, in dem ein Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche von dem Werkstück 100 erkannt wird, das relativ zur Breite des Schnittschlitzes 101 dick ist, die Genauigkeit der Erkennung durch die Messung von Bearbeitungslicht niedrig, wohingegen die Genauigkeit der Erkennung durch die Messung von Bearbeitungsgeräusch hoch ist. Umgekehrt verhält es sich bei dem Werkstück 100, das im Verhältnis zur Breite des Schnittschlitzes 101 dünn ist: Die Genauigkeit der Erkennung durch die Messung von Bearbeitungslicht ist hoch, wohingegen die Genauigkeit der Erkennung durch die Messung von Bearbeitungsgeräusch niedrig ist.
In Anbetracht dessen sieht die vorliegende Ausführungsform im Fall des Werkstücks 100 mit einer kleinen Plattendicke, d. h. im Beispiel von 7 mit einer Plattendicke von weniger als xx [cm], eine geringere Gewichtung für den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert und eine höhere Gewichtung für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert vor, da die Erkennung durch die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 keine hohe Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern gewährleistet. Mit den auf diese Weise bereitgestellten Gewicht(ung)en kann ein hochgenaues Bestimmungsergebnis hinsichtlich des Auftretens eines Bearbeitungsfehlers erzielt werden.
Im Falle des Werkstücks 100 mit einer großen Plattendicke, d. h. im Beispiel von 7 mit einer Plattendicke von xx [cm] oder mehr, gewährleistet der aus einem Bearbeitungsfehler im oberen Abschnitt des Schnittschlitzes 101 abgeleitete Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert eine hohe Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern, während der aus einem Bearbeitungsfehler im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 abgeleitete Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert die Genauigkeit der Erkennung verschlechtert. Andererseits gewährleistet die Verwendung des Bestimmungsergebnisses des Bearbeitungsgeräusch-Fehlers eine genaue Bestimmung des Fehlereintritts, unabhängig von der Position des Bearbeitungsfehlers. In einem solchen Fall wird daher für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert eine geringere Gewichtung und für den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert eine höhere Gewichtung verwendet. Im Ergebnis kann ein sehr genaues Bestimmungsergebnis hinsichtlich des Auftretens eines Bearbeitungsfehlers erzielt werden. Wie vorstehend beschrieben, werden in der ersten Ausführungsform für jede Bearbeitungsbedingung im Voraus unterschiedliche Gewichtungen bestimmt, wobei ein Unterschied zwischen der Genauigkeit der Erkennung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Bearbeitungsfehlers durch die Verwendung des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts und der Genauigkeit der Erkennung der Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines Bearbeitungsfehlers durch die Verwendung des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts berücksichtigt wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass eine solche Gewichtung auch eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung von Bearbeitungsfehlern aufgrund von Schnittblockaden gewährleistet, obwohl die Bearbeitungsfehler aufgrund von Schnittblockaden mit hoher Genauigkeit entweder durch die Messung des Bearbeitungslichts oder durch die Messung des Bearbeitungsgeräuschs erkannt werden. Mit anderen Worten, eine solche Gewichtung verschlechtert nicht die Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs. Folglich werden die Gewichtungen, die entsprechend der Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern in der Schnittfläche definiert sind, auf die gesamte Bearbeitungsbedingung angewendet.
Das Beispiel von 7 zeigt, dass die Bearbeitungsbedingung die Plattendicke des Werkstücks 100 ist, und dass der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert in Abhängigkeit von der Plattendicke variieren. Außerdem mag die Genauigkeit der Erkennung des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts und des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts in Abhängigkeit vom Material und dem Oberflächenzustand des Werkstücks 100, der Leistung des Laserlichts L, dem Bearbeitungsgasdruck und der Vorschubgeschwindigkeit variieren.
Zum Beispiel erreicht das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungslicht-Fehlers eine hohe Genauigkeit der Erkennung, die durch Änderungen des Bearbeitungsgasdrucks nicht stark beeinflusst wird, während das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungsgeräusch-Fehlers im Fall eines hohen Bearbeitungsgasdrucks im Vergleich zum Fall eines niedrigen Bearbeitungsgasdrucks niedrig sein kann. Als weiteres Beispiel erreicht das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungsgeräusch-Fehlers eine hohe Genauigkeit der Erkennung, die durch Änderungen der Vorschubgeschwindigkeit nicht stark beeinflusst wird, während das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungslicht-Fehlers im Fall einer hohen Vorschubgeschwindigkeit im Vergleich zum Fall einer niedrigen Vorschubgeschwindigkeit niedrig sein kann. Die Gewichte können daher auf Basis jedes einzelnen Bearbeitungsfehlers für eine Kombination von Bearbeitungsbedingungen bestimmt werden, wobei die Bearbeitungsbedingungen das Material, die Plattendicke und den Oberflächenzustand des Werkstücks 100, die Leistung des Laserlichts L, den Bearbeitungsgasdruck und die Vorschubgeschwindigkeit umfassen. Andere Bearbeitungsbedingungen wie der Durchmesser der Kondensierung des Laserlichts L, die Position des Punktes der Kondensierung relativ zur Oberfläche des Werkstücks 100, die Form der Bearbeitungsdüse 132 und der Abstand zwischen der Bearbeitungsdüse 132 und dem Werkstück 100 können bei der Bestimmung der Gewichtungen für einen jeweiligen Bearbeitungsfehler berücksichtigt werden.
Zurückkommend auf 1 speichert die Kriterium-Speichereinheit 47 unter Verwendung eines kombinierten Fehlerbestimmungswertes ein Kriterium für die Bestimmung, ob ein Fehler beim Laserschneiden aufgetreten ist. In diesem Beispiel wird davon ausgegangen, dass das Kriterium den Bereich der kombinierten Fehlerbestimmungswerte darstellt, der das Auftreten eines Fehlers beim Laserschneiden angibt. Das Kriterium wird anhand von experimentell ermittelten, kombinierten Fehlerbestimmungswerten beim erfolgreichen Laserschneiden und experimentell ermittelten, kombinierten Fehlerbestimmungswerten beim Laserschneiden mit Bearbeitungsfehler bestimmt.
Die Bestimmungseinheit 48 vergleicht den kombinierten Fehlerbestimmungswert mit dem Kriterium und bestimmt, ob beim Laserschneiden ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist. Das bedeutet, die Bestimmungseinheit 48 bestimmt, dass ein Fehler aufgetreten ist, wenn der kombinierte Fehlerbestimmungswert innerhalb des Bereichs des Kriteriums liegt, welches das Auftreten eines Fehlers angibt, und bestimmt, dass kein Fehler aufgetreten ist, wenn der kombinierte Fehlerbestimmungswert außerhalb des Bereichs des Kriteriums liegt. Dann gibt die Bestimmungseinheit 48 ein Bestimmungsergebnis 81 aus. Beispielsweise gibt die Bestimmungseinheit 48 das Bestimmungsergebnis 81 an eine Steuereinheit aus, die die Laserschneideinheit 10 steuert. Bei Erhalt der Bestimmung, dass ein Fehler aufgetreten ist, stoppt die Steuereinheit für die Laserschneideinheit 10 vorübergehend das Laserschneiden.
Wie vorstehend beschrieben, ermöglicht das Ändern der Gewichtungen für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen der Bestimmungseinheit 48 eine zuverlässige Erkennung von Bearbeitungsfehlern mit hoher Genauigkeit.
Nun wird die Hardwarekonfiguration der Recheneinheit 40 beschrieben. 8 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Hardwarekonfiguration der Recheneinheit gemäß der ersten Ausführungsform zeigt. Die Recheneinheit 40 umfasst eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 401, einen Speicher 402 und eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 403.
Die Eingabe-/Ausgabeschnittstelle 401 empfängt als Eingabe Signale von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 und gibt eine Ausgabe an die Laserschneideinheit 10 aus, wenn die Bestimmungseinheit 48 bestimmt, dass beim Laserschneiden ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist.
Der Speicher 402 speichert Software, Firmware oder eine Kombination aus Software und Firmware als Programm. Der Speicher 402 enthält ein Programm zur Bestimmung, ob beim Laserschneiden ein Fehler aufgetreten ist. Der Speicher 402 speichert auch Signale, bei denen es sich um Messergebnisse der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 handelt. Der Speicher 402 speichert ferner die Bearbeitungsbedingungs-Daten, Fehlerbestimmungsinformation, Gewichtungsinformation und Kriterien. Der Speicher 402 ist durch einen nichtflüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher, eine Magnetplatte, eine optische Platte oder eine magneto-optische Platte gebildet. Ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher kann ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), ein Flash-Speicher, ein löschbares programmierbares ROM (EPROM) oder ein elektrisches EPROM (EEPROM, eingetragene Marke) sein. Die Funktionen der Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42, der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 und der Kriterium-Speichereinheit 47 werden durch den Speicher 402 realisiert.
Die CPU 403 führt ein im Speicher 402 gespeichertes Programm unter Verwendung der Messergebnisse, der Bearbeitungsbedingungs-Daten, der Fehlerbestimmungsinformation, der Gewichtungsinformation und des im Speicher 402 gespeicherten Kriteriums aus, um einen Bearbeitungsfehler beim Laserschneiden, das von der Laserschneideinheit 10 ausgeführt wird, zu identifizieren. Die Funktionen der Merkmal-Extraktionseinheit 41, der Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43 und der Bestimmungseinheit 48 werden durch die CPU 403 realisiert.
Nachfolgend wird der Betrieb der Laserschneidvorrichtung 1 einschließlich der wie oben konfigurierten Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Die Laserschneideinheit 10 führt das Laserschneiden an dem Werkstück 100 in Übereinstimmung mit voreingestellten Bearbeitungsbedingungen durch. Während des Laserschneidens wird das an der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungslicht von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 gemessen, und wird das an der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungsgeräusch von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 gemessen. Die Bearbeitungsbedingungen der Laserschneideinheit 10 werden als Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 in die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 eingegeben.
Das Bearbeitungslicht-Signal, welches das Ergebnis der Messung durch die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 ist, wird an die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 weitergeleitet, und die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 extrahiert aus dem Bearbeitungslicht-Signal ein Merkmal. Die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 berechnet unter Verwendung des extrahierten Merkmals und der Fehlerbestimmungsinformation in der Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42 einen Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert. Die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 gibt den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert an die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 aus.
Das Bearbeitungsgeräusch-Signal, welches das Ergebnis der Messung durch die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 ist, wird an die Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 weitergeleitet, und die Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 extrahiert aus dem Bearbeitungsgeräusch-Signal ein Merkmal. Die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 berechnet unter Verwendung des extrahierten Merkmals und der Fehlerbestimmungsinformation in der Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42 einen Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert. Die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 gibt den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert an die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 aus.
Die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 erhält von der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 Gewichtungen, die den Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 entsprechen. Dann berechnet die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 durch Multiplizieren des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts und des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts mit den entsprechenden Gewichtungskoeffizienten und anschließendes Addieren der gewichteten Werte miteinander einen kombinierten Fehlerbestimmungswert und gibt den kombinierten Fehlerbestimmungswert an die Bestimmungseinheit 48 aus.
Danach bestimmt die Bestimmungseinheit 48, ob der kombinierte Fehlerbestimmungswert innerhalb des Bereichs des Kriteriums in der Kriterium-Speichereinheit 47 liegt, welches das Auftreten eines Bearbeitungsfehlers angibt, und gibt das Bestimmungsergebnis 81 aus. Wenn der kombinierte Fehlerbestimmungswert innerhalb des Bereichs des Kriteriums liegt, bestimmt die Bestimmungseinheit 48, dass während des Laserschneidens ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist. Wenn der kombinierte Fehlerbestimmungswert nicht im Bereich des Kriteriums liegt, stellt die Bestimmungseinheit 48 fest, dass während des Laserschneidens kein Fehler aufgetreten ist.
In dem vorstehend beschriebenen Fall wird die Dicke des Werkstücks 100 als Bearbeitungsbedingung verwendet, und es werden unterschiedliche Gewichtungen für das dünne Werkstück 100 und das dicke Werkstück 100 bereitgestellt. Alternativ können in Abhängigkeit von der Dicke des Werkstücks 100 unterschiedliche Gewichtungen vorgesehen werden und die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 können selektiv verwendet werden. Konkret kann die Bestimmung von Bearbeitungsfehlern wie folgt durchgeführt werden. Für ein Werkstück mit mittlerer Dicke wird ein kombinierter Fehlerbestimmungswert berechnet, indem Gewichtungen für die Bearbeitungsfehlerbestimmungswerte verwendet werden, die aus den Messergebnissen der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 gewonnen werden. Für eine dicke Platte wird nur der Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert verwendet, der aus dem Ergebnis der Messung durch die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 gewonnen wird. Für eine dünne Platte wird nur der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert verwendet, der aus dem Messergebnis der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 gewonnen wird. Dies entspricht der Einstellung der Gewichtungen auf einen Extremwert, d. h. eins oder null, entsprechend der Plattendicke als Bearbeitungsbedingung bei der Addition des aus dem Bearbeitungsgeräusch abgeleiteten Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts und des aus dem Bearbeitungslicht abgeleiteten Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts. Im Falle einer anderen Dicke als der mittleren Dicke benötigt die Bestimmungsverarbeitung nur entweder ein Signal von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 oder ein Signal von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32, was die Belastung der Berechnungsverarbeitung für die Bestimmung des Bearbeitungsfehlers verringert und die für die Bestimmung erforderliche Zeit verkürzt.
In der ersten Ausführungsform wird ein kombinierter Bestimmungswert berechnet, indem das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungslichtfehlers, das aus dem Merkmal des Bearbeitungslichts berechnet wurde, und das Bestimmungsergebnis des Bearbeitungsgeräuschfehlers, das aus dem Merkmal des Bearbeitungsgeräuschs berechnet wurde, wie in den Bearbeitungsbedingungen bestimmt gewichtet und die gewichteten Ergebnisse miteinander addiert werden. Wenn dann der kombinierte Bestimmungswert innerhalb des Bereichs des Kriteriums liegt, welches das Auftreten eines Bearbeitungsfehlers angibt, wird bestimmt, dass beim Laserschneiden ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist. So wird in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen wie beispielsweise Material, Dicke und Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks 100, der Leistung des Lasers und der Vorschubgeschwindigkeit die Gewichtung für das Bestimmungsergebnis des Sensors mit hoher Erfassungsgenauigkeit erhöht und die Gewichtung für das Bestimmungsergebnis des Sensors mit niedriger Erfassungsgenauigkeit verringert. Dadurch ist es möglich, die Genauigkeit der Fehlerbestimmung beim Laserschneiden zu verbessern. Dadurch wird erreicht, dass ein Bearbeitungsfehler auch dann erkannt werden kann, wenn Merkmale, welche die Bearbeitungscharakteristik des Laserschneidens angeben, je nach den Bearbeitungsbedingungen unterschiedliche richtige Werte aufweisen.
Zweite Ausführungsform.
In der ersten Ausführungsform wird ein kombinierter Bestimmungswert berechnet, indem das aus dem Merkmal Bearbeitungslicht berechnete Bestimmungsergebnis des Bearbeitungslichtfehlers und das aus dem Merkmal Bearbeitungsgeräusch berechnete Bestimmungsergebnis des Bearbeitungsgeräuschfehlers wie in den Bearbeitungsbedingungen festgelegt gewichtet und die gewichteten Ergebnisse miteinander addiert werden. In der zweiten Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Gewichtung in Abhängigkeit von den Bearbeitungsbedingungen und der Bearbeitungsfehler-Art vorgenommen wird.
9 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In der zweiten Ausführungsform werden zusätzlich zu den Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 Bearbeitungsfehler-Daten 72, welche die Bearbeitungsfehler-Art angeben, in die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 eingegeben.
Die Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 speichert Gewichtungsinformation, in denen Gewichtungen für Kombinationen von Bearbeitungsbedingungen und Bearbeitungsfehler-Art festgelegt sind. 10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Gewichtungsinformation gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In der Gewichtungsinformation sind Gewichtungen für Kombinationen von Bearbeitungsbedingungen und Bearbeitungsfehler-Art festgelegt. In diesem Beispiel wird die Plattendicke des Werkstücks 100 als Bearbeitungsbedingung verwendet. Die Bearbeitungsfehler-Arten umfassen eine erste Klassifizierung, in der die Bearbeitungsfehler-Arten grob klassifiziert sind, und eine zweite Klassifizierung, in der die Bearbeitungsfehler-Arten der ersten Klassifizierung feiner klassifiziert sind. Die erste Klassifizierung umfasst Bearbeitungsfehler aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs und Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche. Wie in 6 dargestellt, variiert die Genauigkeit der Erkennung bei Bearbeitungsfehlern in der Schnittfläche einer dicken Platte in Abhängigkeit von der Stelle, an welcher der Bearbeitungsfehler auftritt. Für eine Kombination von Bearbeitungsfehlern in der Schnittfläche und einer Plattendicke als Bearbeitungsbedingung größer als xx [cm] im Beispiel von 10 ist daher die zweite Klassifizierung in oberer Abschnitt und unterer Abschnitt unterteilt, sodass die Gewichtungen fein eingestellt werden.
Im Falle einer Kombination aus „Plattendicke>xx [cm]“ oder „Plattendicke<xx [cm]“ und einem Bearbeitungsfehler aufgrund einer Blockade des Schnittbereichs kann der Bearbeitungsfehler, wie vorstehend beschrieben, mit hoher Genauigkeit entweder durch Bearbeitungslicht oder Bearbeitungsgeräusch erkannt werden, und daher werden gleichwertige/äquivalente Gewichtungen zugewiesen.
Im Falle einer Kombination von „Plattendicke<xx [cm]“ und Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche ist die Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern durch Bearbeitungsgeräusche im Vergleich zur Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern durch Bearbeitungslicht relativ gering, wie vorstehend beschrieben, und daher wird Bearbeitungslicht eine höhere Gewichtung zugewiesen.
Im Falle einer Kombination von „Plattendicke>xx [cm]“ und Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche können Fehlstellen oder Rauheiten im oberen Abschnitt des Schnittschlitzes 101 mit der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 und der Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 erkannt und somit gleichwertige/äquivalente Gewichtungen zugeordnet werden.
Im Falle einer Kombination von „Plattendicke>xx [cm]“ und Bearbeitungsfehler in der Schnittfläche hat die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441 eine geringe Genauigkeit bei der Erkennung von Fehlstellen oder Rauheit im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 und erhält daher ein geringeres Gewicht. Im Gegensatz dazu hat die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442 eine hohe Genauigkeit bei der Erkennung von Fehlstellen oder Rauheit im unteren Abschnitt des Schnittschlitzes 101 und erhält daher eine höhere Gewichtung. Dadurch kann die Genauigkeit der Erkennung mit dem kombinierten Fehlerbestimmungswert verbessert werden.
Die Genauigkeit der Erkennung einer kleinen Fehlstelle auf der Schnittfläche durch Bearbeitungsgeräusch ist gering, weil die Änderung der Form der Schnittfront klein ist und das Auftreten der Fehlstellen zu einer so kleinen Änderung der Querschnittsfläche des Strömungsweges innerhalb des Schnittschlitzes führt, dass sich das Bearbeitungsgeräusch nur geringfügig ändert. Im Gegensatz dazu kann die kleine Fehlstelle auf der Schnittfläche durch das Bearbeitungslicht mit hoher Genauigkeit erfasst werden, da die Schnittfront unmittelbar auf die Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 gerichtet ist.
Zurückkommend auf 9 gewinnt die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 bei der Berechnung eines kombinierten Fehlerbestimmungswerts aus den Gewichtungsinformation der Kombination der Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 und der Bearbeitungsfehler-Daten 72 entsprechende Gewichtungen. Die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 berechnet dann unter Verwendung des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswertes, des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswertes und der Gewichtungen einen kombinierten Fehlerbestimmungswert.
Es ist zu beachten, dass die anderen Konfigurationen mit denen der ersten Ausführungsform übereinstimmen, sodass auf deren Beschreibung verzichtet wird. Darüber hinaus ist die Verarbeitung in der Recheneinheit 40 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
In der zweiten Ausführungsform werden die Gewichtungen für den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert entsprechend der Kombination von Bearbeitungsbedingung und Bearbeitungsfehler festgelegt. Dann gibt die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 einen kombinierten Fehlerbestimmungswert aus, der zu dem einzelnen Bearbeitungsfehler passt. Dadurch wird erreicht, dass die Situation des Bearbeitungsfehlers detaillierter bestimmt werden kann, sodass die Bearbeitungsbedingungen mit höherer Genauigkeit angepasst werden können.
Darüber hinaus ändert sich der Zustand der zu messenden Zeitreihensignale in Abhängigkeit von dem zu detektierenden Bearbeitungsfehler. Daher werden die Gewichtungen für die Merkmale der Zeitreihensignale oder die Gewichtungen für die Fehlerbestimmungswerte in Abhängigkeit von dem zu detektierenden Bearbeitungsfehler geändert, wodurch es möglich ist, die Genauigkeit der Detektion des entsprechenden Bearbeitungsfehlers individuell zu verbessern.
Dritte Ausführungsform.
In der ersten und zweiten Ausführungsform wird ein Merkmal so aus dem Zeitreihen-Bearbeitungslicht-Signal extrahiert, dass der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert aus dem Merkmal berechnet wird, während ein anderes Merkmal in ähnlicher Weise so aus dem Zeitreihen-Bearbeitungsgeräusch-Signal extrahiert wird, dass der Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert aus dem Merkmal berechnet wird, und der kombinierte Fehlerbestimmungswert wird berechnet, indem die beiden Fehlerbestimmungswerte in Übereinstimmung mit den Bearbeitungsbedingungen, oder der Bearbeitungsfehler-Art und den Bearbeitungsbedingungen, gewichtet werden. Die dritte Ausführungsform wird für den Fall beschrieben, dass ein kombiniertes Merkmal sowohl aus dem aus dem Bearbeitungslicht-Signal extrahierten Bearbeitungslicht-Merkmal als auch aus dem aus dem Bearbeitungsgeräusch-Signal extrahierten Bearbeitungsgeräusch-Merkmal extrahiert wird. Ein solches kombiniertes Merkmal wird für die Bearbeitungsbedingungen, oder für die Bearbeitungsfehler-Art und die Bearbeitungsbedingungen, definiert, und der kombinierte Fehlerbestimmungswert wird unter Verwendung des kombinierten Merkmals berechnet.
11 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Laserschneidvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform hinsichtlich der Konfiguration einer Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43a. Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43a umfasst eine kombiniertes-Merkmal-Extraktionseinheit 49 und die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45.
Die kombiniertes-Merkmal-Extraktionseinheit 49 extrahiert ein kombiniertes Merkmal, indem sie eine Berechnungsverarbeitung an dem durch die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 extrahierten Bearbeitungslicht-Merkmal und dem durch die Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 extrahierten Bearbeitungsgeräusch-Merkmal durchführt. Die Berechnungsverarbeitung ist für die Bearbeitungsbedingungs-Daten 71, oder für die Bearbeitungsfehler-Daten 72 und die Bearbeitungsbedingungs-Daten 71, definiert. Die Berechnungsverarbeitung ist beispielsweise eine gewichtete Summe, ein Produkt oder ein Verhältnis des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals. Ein Beispiel für das kombinierte Merkmal ist eine Funktion von zwei Variablen: der Variationskoeffizient des Bearbeitungslichts und der Variationskoeffizient des Bearbeitungsgeräuschs. Die Funktion dieser beiden Variablen kann die Summe oder der Maximalwert der beiden Variablen sein, gewichtet in Übereinstimmung mit den Bearbeitungsbedingungen oder in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsfehler-Art und den Bearbeitungsbedingungen, wie in der ersten und zweiten Ausführungsform beschrieben. Da der Zustand der Vibration der Schnittfront 102 oder dergleichen mit hoher Genauigkeit aus solchen Variationen des kombinierten Merkmals bewertet werden kann, kann die Bestimmung des Bearbeitungsfehlers ebenfalls mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Obwohl das obige Beispiel ein kombiniertes Merkmal angibt, das eine Kombination aus einem Bearbeitungslicht-Merkmal und einem Bearbeitungsgeräusch-Merkmal ist, ist die Ausführungsform nicht darauf beschränkt. Ein kombiniertes Merkmal kann eine Kombination aus verschiedenen Bearbeitungslicht-Merkmalen oder eine Kombination aus verschiedenen Bearbeitungsgeräusch-Merkmalen sein. In diesem Fall extrahiert die Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit 411 m (m ist eine natürliche Zahl) Arten von Bearbeitungslicht-Merkmalen, und die Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit 412 extrahiert n (n ist eine natürliche Zahl) Arten von Bearbeitungsgeräusch-Merkmalen. Es wird darauf hingewiesen, dass wenigstens eine von m und n eine natürliche Zahl größer gleich zwei sein sollte. Dann erhält die kombiniertes-Merkmal-Extraktionseinheit 49 unter Verwendung der m Arten von Bearbeitungslicht-Merkmalen und der n Arten von Bearbeitungsgeräusch-Merkmalen ein kombiniertes Merkmal, indem sie eine Berechnungsverarbeitung durchführt, wie sie für die Bearbeitungsbedingungs-Daten 71, oder für die Bearbeitungsfehler-Daten 72 und die Bearbeitungsbedingungs-Daten 71, definiert ist. Es wird darauf hingewiesen, dass die kombiniertes-Merkmal-Extraktionseinheit 49 die Gewichtungsinformation in der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 abfragen kann.
Die in der Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42 gespeicherte Fehlerbestimmungsinformation gibt den Bereich der kombinierten Merkmale an, die auf das Auftreten eines Bearbeitungsfehlers hinweisen, und definiert kombinierte Merkmale, die als Fehlerbestimmungskriterien für Kombinationen von Bearbeitungsbedingungen und Bearbeitungsfehler-Art dienen.
Die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 führt eine kombinierte Erkennung von Bearbeitungsfehlern unter Verwendung des kombinierten Merkmals durch. Insbesondere vergleicht die kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 45 das kombinierte Merkmal mit dem Fehlerkriterium, das der Kombination der Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 und der Bearbeitungsfehler-Daten 72 in der Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit 42 entspricht, und berechnet einen kombinierten Fehlerbestimmungswert, der den Grad des Auftretens des Fehlers angibt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die anderen Konfigurationen die gleichen wie die der ersten Ausführungsform sind, sodass auf deren Beschreibung verzichtet wird. Darüber hinaus ist die Verarbeitung in der Recheneinheit 40 ebenfalls ähnlich wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, und daher wird deren Beschreibung weggelassen.
In der dritten Ausführungsform wird ein kombiniertes Merkmal berechnet, das sowohl das Bearbeitungslicht-Merkmal als auch das Bearbeitungsgeräusch-Merkmal berücksichtigt, und ein Bearbeitungsfehler beim Laserschneiden wird anhand des kombinierten Merkmals identifiziert. Infolgedessen ist es möglich, den Freiheitsgrad des Merkmalsraums im Vergleich zu den Fällen der ersten und zweiten Ausführungsform weiter zu erhöhen, indem die Merkmale von der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 und der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 32 berücksichtigt werden. Das heißt, es ist möglich, den Freiheitsgrad bei der Auswahl eines für die Erkennung von Bearbeitungsfehlern geeigneten Merkmals weiter zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, die Genauigkeit der Erkennung von Bearbeitungsfehlern beim Laserschneiden weiter zu verbessern.
Vierte Ausführungsform.
In der ersten bis dritten Ausführungsform werden die für die Bearbeitungsbedingungen oder die Bearbeitungsfehler-Art, die erkannt werden soll, voreingestellten Gewichtungen für den aus jedem Merkmal berechneten Fehlerbestimmungswert verwendet, oder für jedes Merkmal bei der Berechnung des kombinierten Fehlerbestimmungswerts verwendet. Die zulässige Höhe des Bearbeitungsfehlers hängt vom Benutzer der Laserschneidvorrichtung oder vom Verwendungszweck des durch Laserschneiden geschnittenen Werkstücks ab. In einigen Fällen kann das Ergebnis der Bearbeitungsfehlerermittlung, das mit den voreingestellten Gewichtungen erzielt wird, so streng sein, dass ein Benutzer, der die Bearbeitungsbedingungen auf der Grundlage dieses strengen Ergebnisses der Bearbeitungsfehlerermittlung einstellt, die von ihm gewünschte Bearbeitungsgeschwindigkeit nicht einstellen kann. Umgekehrt kann das Ergebnis der Bearbeitungsfehlerermittlung, das mit den voreingestellten Gewichtungen erzielt wird, so lasch sein, dass ein bestimmter Benutzer keine zufriedenstellende Schnittflächenqualität erzielen kann. Das bedeutet, dass unterschiedliche Schwellenwerte für Bearbeitungsfehler für unterschiedliche Benutzer oder unterschiedliche Bearbeitungsanwendungen erforderlich sind. In Anbetracht dessen stellt die vierte Ausführungsform eine Laserschneidvorrichtung bereit, die dazu in der Lage ist, verschiedene Schwellenwerte für Bearbeitungsfehler, d. h.
Gewichtungen, für verschiedene Benutzer oder verschiedene Bearbeitungsanwendungen anzuwenden.
12 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration der Laserschneidvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform zeigt. Die vierte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform durch die Konfiguration einer Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43b. Die Bestimmungswert-Berechnungseinheit 43b umfasst eine Einheit für maschinelles Lernen 50.
Die Einheit für maschinelles Lernen 50 umfasst eine Lerneinheit 51 und eine Datenerfassungseinheit 52. Die Lerneinheit 51 lernt einen Satz von Eingabe- und Ergebnisdaten durch maschinelles Lernen. Die Lerneinheit 51 kann einen beliebigen Algorithmus für maschinelles Lernen verwenden, aber beispielsweise einen überwachten Lernalgorithmus. Die Datenerfassungseinheit 52 gibt in die Lerneinheit 51 den Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert von der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 441, den Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert von der Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit 442, die Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 und einen Bearbeitungsfehler-Zustandswert 73 ein. Der Bearbeitungsfehler-Zustandswert 73 ist ein Bewertungswert, der durch Beurteilung des Bearbeitungsergebnisses des vom Benutzer durchgeführten Laserschneidens erhalten wird.
Das Bereitstellen der vorstehend beschriebenen Eingaben als Trainingsdaten an die Lerneinheit 51 erlaubt es der Lerneinheit 51, Gewichtungen zu lernen. Dadurch werden Gewichtungen erzeugt, die eine bessere Übereinstimmung mit dem vom Benutzer gewünschten Ergebnis der Bearbeitungsfehlerbestimmung ergeben. Die auf diese Weise erzeugten Gewichtungen werden in der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 gespeichert.
Eine mögliche Art der Bereitstellung von Trainingsdaten besteht darin, im Voraus eine notwendige Anzahl von Zeitreihendaten über Bearbeitungslicht und Bearbeitungsgeräusche und den Qualitätsstatus der Schnittfläche des Werkstücks 100 vorzubereiten und dem Benutzer die Möglichkeit zu geben, die vom Benutzer gewünschten Schwellenwerte für Bearbeitungsfehler zur Verwendung als Trainingsdaten auszuwählen. Alternativ kann der Benutzer die Bearbeitung praktisch durchführen und derweilen jedes Bearbeitungsergebnis mit der Benutzerbewertung des Bearbeitungsfehler-Zustandswertes 73 bezüglich der Schnittflächenqualität zum Zweck des Lernens durch die Lerneinheit 51 versehen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die anderen Konfigurationen die gleichen wie die der ersten und zweiten Ausführungsform sind, und daher wird ihre Beschreibung weggelassen. Darüber hinaus ist der Prozess der Bestimmung des Auftretens von Bearbeitungsfehlern in der Recheneinheit 40 auch ähnlich wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, und daher wird seine Beschreibung weggelassen werden.
In der vierten Ausführungsform lernt die Einheit für maschinelles Lernen 50 Gewichtungen unter Verwendung des Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts, des Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts, der Bearbeitungsbedingungs-Daten 71 und des Bearbeitungsfehler-Zustandswerts 73. Dadurch wird der Effekt erreicht, dass Schwellenwerte für Bearbeitungsfehler für jeden Benutzer oder jede Bearbeitungsanwendung ausgewählt werden können.
Fünfte Ausführungsform.
In der vierten Ausführungsform können die Schwellenwerte für Bearbeitungsfehler benutzerspezifisch oder in Abhängigkeit vom jeweiligen Bearbeitungszweck ausgewählt werden. Die fünfte Ausführungsform wird anhand eines Falles beschrieben, bei dem Gewichtungen für jede Kombination von Bearbeitungsbedingungen und Bearbeitungsfehler-Art in Zuordnung mit jedem priorisierten Element beim Laserschneiden erstellt sind.
Die Konfiguration der Laserschneidvorrichtung 1 gemäß der fünften Ausführungsform kann jede der in der ersten bis vierten Ausführungsform beschriebenen Konfigurationen sein. In der fünften Ausführungsform definiert die in der Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 gespeicherte Gewichtungsinformation jedoch Gewichtungen für jede Bearbeitungsbedingung, oder für jede Bearbeitungsfehler-Art und jede Bearbeitungsbedingung, auf einer Prioritätsbasis.
13 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für Gewichtungsinformation gemäß der fünften Ausführungsform zeigt. 13 enthält zusätzlich zu den Elementen aus 10 das Element „Priorität“. Die Priorität gibt entgegengesetzte Optionen in Bezug auf das Laserschneiden an. Ein Beispiel für entgegengesetzte Optionen ist Geschwindigkeit versus Bearbeitungsqualität. Wie in 13 dargestellt, werden für jede Kombination aus Priorität, Bearbeitungsbedingung und Bearbeitungsfehler-Art Gewichtungen festgelegt. Dadurch kann der Benutzer die Fehlerbestimmung entsprechend der von ihm/ihr zum Zeitpunkt der Bearbeitung gewünschten Priorität durchführen. Wenn zum Beispiel in einem Fall, in dem die Bearbeitungsbedingungen und die Bearbeitungsfehler-Art vorgegeben sind, der Geschwindigkeit eine höhere Priorität als der Bearbeitungsqualität eingeräumt werden soll, werden die entsprechenden Gewichtungen aus den Gewichtungsinformation in der Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 30 eingestellt.
Obwohl 13 ein Beispiel für die beiden Optionen Geschwindigkeit versus Bearbeitungsqualität zeigt, kann eine Zwischenstufe zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen sein, um eine Auswahl je nach Bearbeitungsanwendung zu ermöglichen. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise das schnellste Schneiden zu wählen, während gleichzeitig die zulässige Bearbeitungsqualität eingehalten wird, die je nach Bearbeitungszweck variiert. Darüber hinaus kann die Anzahl der Prioritätsoptionen drei betragen, einschließlich der Bearbeitungsstabilität oder dergleichen zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen zwei Elementen, oder es kann eine größere Anzahl von Elementen vorgesehen sein.
In der fünften Ausführungsform speichert die Gewichtungsinformations-Speichereinheit 46 Gewichtungsinformation, in denen für jede Kombination aus Priorität, Bearbeitungsbedingung und Bearbeitungsfehler-Art Gewichtungen festgelegt sind. Dann wird die Bestimmung des Bearbeitungsfehlers unter Verwendung der Gewichtungen durchgeführt, die für die Kombination der Bearbeitungsbedingung und der Bearbeitungsfehler-Art und des Elements, auf das der Benutzer eine höhere Priorität setzen möchte, bestimmt wurden. Damit wird erreicht, dass die Bearbeitungsfehlerermittlung wie durch den Benutzer oder den Bearbeitungszweck vorgegeben, durchgeführt werden kann.
Sechste Ausführungsform.
Die erste bis fünfte Ausführungsform betreffen ein Bearbeitungsgerät, das eine Laserschneidvorrichtung ist. Die sechste Ausführungsform wird für den Fall beschrieben, dass die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung bei einem Bearbeitungsgerät eingesetzt wird, bei dem es sich um eine Drahterodiervorrichtung handelt.
14 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Konfiguration einer Drahterodiervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform zeigt. Es wird darauf hingewiesen, dass Komponenten, die mit denen der ersten Ausführungsform identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und auf die Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Drahterodiervorrichtung 200 umfasst eine Funkenerodiereinheit 201 und eine Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 230. Die Funkenerodiereinheit 201 führt eine Bearbeitung mit Entladungsimpulsen von einem Draht 202 in der Nähe des Werkstücks 100 in einer Bearbeitungsflüssigkeit durch. Die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 230 ist eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, die einen Fehler der Funkenerosionsbearbeitung in der Funkenerodiereinheit 201 erkennt.
Die Funkenerodiereinheit 201 umfasst den Arbeitstisch 11, den Draht 202, eine Stromquelle 205, eine Drahtspule 206, ein Paar von Stromzuführungen 203 und ein Paar von Presseinrichtungen (engl. die) 204. Auf dem Arbeitstisch 11 befindet sich das auf diesem angeordnete Werkstück 100. Der Draht 202 ist eine Elektrode zum Anlegen von Entladungsimpulsen an das Werkstück 100. Der Draht 202 wird von der Drahtspule 206 zugeführt. Das Paar von Stromzuführungen 203 steht mit dem Draht 202 in Kontakt. Das Paar von Presseinrichtungen 204 stützt den Draht 202 ab. Der Draht 202 befindet sich in einem vorbestimmten Abstand von einer Position des zu bearbeitenden Werkstücks 100. Die Stromquelle 205 ist mit den Stromzuführungen 203 und dem Arbeitstisch 11 verbunden und legt eine Impulsspannung zwischen den Stromzuführungen 203, d. h. zwischen dem Draht 202, und dem Werkstück 100 an. Die Impulsspannung ist eine Entladungsimpulsspannung, die eine Entladung zwischen dem Draht 202 und dem Werkstück 100 erzeugt. Die Funkenerodiereinheit 201 umfasst eine Zuführrolle 207, eine Sammelrolle 209 und eine untere Rolle 208. Die Zuführrolle 207 ermöglicht es dem von der Drahtspule 206 zugeführten Draht 202, sich in Richtung des Werkstücks 100 zu bewegen. Die Sammelrolle 209 sammelt den Draht 202 ein. Die untere Rolle 208 ermöglicht es dem Draht 202, der das Werkstück 100 durchlaufen hat, sich zur Sammelrolle 209 zu bewegen. Wenn die Funkenerodiereinheit 201 eine formgebende Bearbeitung durchführt, sind außerdem mindestens eine oder mehrere Antriebsvorrichtungen (nicht abgebildet) vorgesehen, um die relative Lagebeziehung zwischen dem Draht 202 und dem Werkstück 100 zu verändern.
Wie in den ersten bis fünften Ausführungsformen misst die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 230 Licht und Schall (Geräusch), die erzeugt werden, wenn die Funkenerodiereinheit 201 eine Funkenerosionsbearbeitung des Werkstücks 100 durchführt, und bestimmt auf der Grundlage des Messergebnisses, ob bei der Funkenerosionsbearbeitung ein Fehler aufgetreten ist. Wie in der ersten bis fünften Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit 230 eine Bearbeitungslicht-Messeinheit 231, eine Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 232 und die Recheneinheit 40.
Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 231 misst das Bearbeitungslicht, das durch Entladungsimpulse verursacht wird, die durch die während der Funkenerosion zwischen dem Werkstück 100 und dem Draht 202 angelegte Entladungsspannung erzeugt werden, und gibt an die Recheneinheit 40 ein Bearbeitungslicht-Signal aus, in dem die gemessenen Strahlen des Bearbeitungslichts in Zeitreihen angeordnet sind. Die Bearbeitungslicht-Messeinheit 231 ist der Bearbeitungslicht-Messeinheit 31 der ersten bis fünften Ausführungsform ähnlich und ist mit einem optischen Sensor oder einem Spektrometer ausgestattet.
Die Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit 232 misst das während der Funkenerosion in der Nähe der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungsgeräusch und gibt an die Recheneinheit 40 ein Bearbeitungsgeräusch-Signal aus, in dem die gemessenen Bearbeitungsgeräusche in Zeitreihen angeordnet sind. Das Bearbeitungsgeräusch wird im Folgenden näher beschrieben. Wenn der Entladungsimpulsstrom vom Draht 202 zum Werkstück 100 fließt, wird das Geräusch der Strombearbeitung des Werkstücks 100 als Bearbeitungsgeräusch gemessen. Alternativ dazu hat zu diesem Zeitpunkt die Bearbeitungsflüssigkeit in der Nähe des Entladungspunktes eine hohe Temperatur von mehreren tausend Grad und verdampft daher schnell und dehnt sich aus (engl. explodes), wodurch Blasen entstehen. Bei diesem Phänomen wird die Bearbeitungsflüssigkeit in der Umgebung einer schnellen Druckänderung unterworfen, die sich als Ultraschallstoßwellen ausbreitet und als Bearbeitungsgeräusch gemessen wird.
Wenn ein großer Entladungsimpulsstrom vom Draht 202 auf das Werkstück 100 angelegt wird, wird durch die Entladung eine große Menge Metall vom Werkstück 100 abgetragen. Infolgedessen erhöht sich die Bearbeitungsgeschwindigkeit, und die Oberflächenrauheit nimmt ebenfalls zu. Darüber hinaus variiert der Entladungszeitpunkt, der spontan durch den Abstand zwischen dem Draht 202 und dem Werkstück 100 bestimmt wird, je nach der Situation des Drahtes 202, der als Reaktion auf die Entladungsreaktionskraft vibriert. Die Entladung wird stärker, wenn sich der Draht 202 dem Werkstück 100 nähert, und schwächer, wenn sich der Draht 202 vom Werkstück 100 entfernt. Infolgedessen sind Bearbeitungslicht und Bearbeitungsgeräusch Zeitreihendaten, die von der Entladungsenergie, dem Entladungszeitpunkt, der Entladungsdauer und der Entladungswellenform abhängen.
Wie im Fall der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform extrahiert die Recheneinheit 40 ein Bearbeitungsgeräusch-Merkmal und ein Bearbeitungslicht-Merkmal und führt anschließend eine Erkennung von Bearbeitungsfehlern für jedes der Merkmale oder für eine Kombination davon durch. Im Falle der Funkenerodiervorrichtung extrahiert und analysiert die Recheneinheit 40 Merkmale wie Intensität, Intensitätsvariation, Frequenz und zeitliche Variation aus den Zeitreihendaten des Bearbeitungslichts und des Bearbeitungsgeräuschs, die zum Zeitpunkt der Anlegung jedes Entladungsimpulses gemessen wurden. Dadurch ist es möglich, Funkenentladungen aufgrund von Entladungskonzentrationen zu erkennen und somit Drahtunterbrechungen, die Entstehung von Fehlstellen auf der bearbeiteten Oberfläche, eine Verschlechterung der Oberflächenrauheit oder Ähnliches zu identifizieren. Es wird darauf hingewiesen, dass 14 die Recheneinheit 40 mit der gleichen Konfiguration zeigt, wie die in der ersten Ausführungsform beschriebene Recheneinheit 40. Die Recheneinheit 40 kann jedoch jede der Konfigurationen der ersten bis fünften Ausführungsform aufweisen.
Wie bei dem Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform variiert die Leichtigkeit der Qualitätsprüfung durch Bearbeitungsgeräusch oder Bearbeitungslicht in Abhängigkeit von der Dicke und Form des Werkstücks 100 und dem erzeugten Fehler.
Zunächst wird die Messung von Bearbeitungslicht während der Funkenerosionsbearbeitung beschrieben. 15 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation zu Beginn der Funkenerosionsbearbeitung eines dicken Werkstücks zeigt. 16 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation des Fortschritts der Funkenerosionsbearbeitung des dicken Werkstücks aus 15 zeigt. Die normale Breite einer durch die Drahterodiervorrichtung 200 gebildeten Schnittfuge entspricht der Summe aus dem Durchmesser des Drahtes 202 und dem doppelten Spalt zwischen dem Werkstück 100 und dem Draht 202. Da der Draht 202 typischerweise einen Durchmesser im Bereich von 0,02 mm bis 0,3 mm aufweist, beträgt die Breite der Schnittfuge maximal etwa 0,5 mm. Aus diesem Grund ist es, wie in 15 dargestellt, bei einer kurzen Schnittlänge oder Schnittmenge einfach, das Bearbeitungslicht durch die Öffnung des Schnitts zu messen, obwohl das Werkstück 100 dick ist. Wie in 16 dargestellt, wird es jedoch mit fortschreitender Bearbeitung und zunehmender Schnittlänge allmählich schwierig, das Bearbeitungslicht durch die Öffnung zu messen, da die Spaltbreite schmal ist. Insbesondere ist es schwierig, Bearbeitungslicht zu messen, das durch eine Entladung verursacht wird, die an einer Position unterhalb der Mitte in Richtung der Dicke des Werkstücks 100 erzeugt wird.
17 ist ein Diagramm, das schematisch eine beispielhafte Situation des Fortschritts der Funkenerosionsbearbeitung an einem dünnen Werkstück zeigt. In 17 ist die Situation ähnlich wie in 16, aber das Werkstück 100 ist dünner als das in 16. Wie in 17 dargestellt, ist es im Falle des dünnen Werkstücks 100 einfach, das Bearbeitungslicht selbst dann zu messen, wenn der Schnitt lang ist, und es ist möglich, das Auftreten von Bearbeitungsfehlern zu bestimmen. Hinsichtlich der vorstehenden Beschreibung der Dicke des Werkstücks 100 kann die entsprechende Beschreibung der ersten Ausführungsform sinngemäß angewendet werden.
Als Nächstes wird die Messung von Bearbeitungsgeräusch bei der Funkenerosionsbearbeitung beschrieben. Ein Mikrofon oder dergleichen erfasst den sich in der Luft ausbreitenden Schall und misst so das Bearbeitungsgeräusch. Alternativ wird ein auf der Oberfläche des Werkstücks 100 installierter Sensor verwendet, um Schallwellen zu messen, die sich im Inneren des Werkstücks 100 ausbreiten, um so das Bearbeitungsgeräusch zu messen. Darüber hinaus können mehrere Sensoren verwendet werden, um eine Position des Auftretens der Entladung anhand einer Differenz in der Zeit der Erfassung der Schallwelle zu identifizieren. Die Messung des Bearbeitungsgeräuschs ist somit unabhängig von der Dicke des Werkstücks 100 oder der Position des Auftretens der Entladung möglich. Da jedoch der Bereich der Frequenzen, die durch Messung von Bearbeitungsgeräusch gemessen werden können, geringer ist als durch Messung von Bearbeitungslicht, ist es schwierig, die Entladungswellenformen mit hoher Auflösung zu analysieren. Die Messung von Bearbeitungslicht ist daher für die Analyse der Entladung eines kurzen Impulses von beispielsweise einer Mikrosekunde oder weniger vorteilhafter als die Messung von Bearbeitungsgeräusch.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Bestimmung des Auftretens von Bearbeitungsfehlern in der Drahterodiervorrichtung 200 gemäß der sechsten Ausführungsform der in der ersten bis fünften Ausführungsform beschriebenen ähnlich ist, sodass auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Obwohl die sechste Ausführungsform am Beispiel des Drahterodiervorrichtung 200 beschrieben wurde, kann die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung auch auf eine Senkerodiervorrichtung angewandt werden, die als Elektrode anstelle des Drahts 202 eine Form verwendet, wobei es in diesem Fall ähnlich einfach ist, beispielsweise eine Verschlechterung der Elektrode oder eine Verschlechterung der bearbeiteten Oberflächenrauheit aufgrund von Stromkonzentration zu erkennen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung gemäß der ersten bis fünften Ausführungsform auf Funkenerodiervorrichtung, einschließlich der Drahterodiervorrichtung 200 und einer Senkerodiervorrichtung, angewendet werden.
Die in den oben genannten Ausführungsbeispielen beschriebenen Konfigurationen zeigen Beispiele für den Inhalt der vorliegenden Erfindung. Die Konfigurationen können mit einer anderen bekannten Technik kombiniert werden, und einige der Konfigurationen können weggelassen oder in einem Bereich geändert werden, der nicht von dem Kern der vorliegenden Erfindung abweicht.
Bezugszeichenliste

1: Laserschneidvorrichtung;
10: Laserschneideinheit;
11: Arbeitstisch;
12: Laseroszillator;
13: Bearbeitungskopf;
14: optische Faser;
30,230: Bearbeitungsfehler-Erkennungseinheit;
31,231: Bearbeitungslicht-Messeinheit;
32,232: Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit;
40: Recheneinheit;
41: Merkmal-Extraktionseinheit;
42: Fehlerbestimmungsinformations-Speichereinheit;
43, 43a, 43b: Bestimmungswert-Berechnungseinheit;
44: Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit;
45: kombinierter-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit;
46: Gewichtungsinformations-Speichereinheit;
47: Kriterium-Speichereinheit;
48: Bestimmungseinheit;
49: kombiniertes-Merkmal-Extraktionseinheit;
50: Einheit für maschinelles Lernen;
51: Lerneinheit;
52: Datenerfassungseinheit;
71: Bearbeitungsbedingungs-Daten;
72: Bearbeitungsfehler-Daten;
73: Bearbeitungsfehler-Zustandswert;
81: Bestimmungsergebnis;
100: Werkstück;
131: optisches System;
132: Bearbeitungsdüse;
200: Drahterodiervorrichtung;
201: Funkenerodiereinheit;
202: Draht;
203: Stromzuführung;
204: Presseinrichtung;
205: Stromquelle;
206: Drahtspule;
207: Zuführrolle;
208: untere Rolle;
209: Sammelrolle;
411: Bearbeitungslicht-Merkmal-Extraktionseinheit;
412: Bearbeitungsgeräusch-Merkmal-Extraktionseinheit;
441: Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit;
442: Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert-Berechnungseinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2007253197 [0003]

Claims

Eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung, aufweisend: eine Bearbeitungslicht-Messeinheit, um das während der Bearbeitung an einer Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungslicht zu messen; eine Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit, um das an der Bearbeitungsstelle erzeugte Bearbeitungsgeräusch zu messen; und eine Recheneinheit, um zu bestimmen, ob bei der Bearbeitung ein Bearbeitungsfehler aufgetreten ist, wobei die Recheneinheit umfasst: eine Merkmal-Extraktionseinheit zum Extrahieren eines Bearbeitungslicht-Merkmals aus einem von der Bearbeitungslicht-Messeinheit gemessenen Bearbeitungslicht-Signal, und zum Extrahieren eines Bearbeitungsgeräusch-Merkmals aus einem von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit gemessenen Bearbeitungsgeräusch-Signal; eine Bestimmungswert-Berechnungseinheit, um auf der Grundlage des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals einen kombinierten Fehlerbestimmungswert zu berechnen; und eine Bestimmungseinheit, um den kombinierten Fehlerbestimmungswert mit einem Bestimmungskriterium zu vergleichen, um zu bestimmen, ob der Bearbeitungsfehler aufgetreten ist.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit den kombinierten Fehlerbestimmungswert durch Gewichten des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals, wie sie in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung definiert sind, und durch Kombinieren der gewichteten Merkmale berechnet.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit den kombinierten Fehlerbestimmungswert durch Gewichten, wie es in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung definiert ist, eines Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerts und eines Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerts, die unter Verwendung des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals berechnet werden, berechnet.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit Gewichtungsinformation konsultiert, in denen eine Kombination aus der Bearbeitungsbedingung und einem Typ des Bearbeitungsfehlers mit einer Gewichtung verknüpft ist, und den kombinierten Fehlerbestimmungswert unter Verwendung der Gewichtung berechnet, das für eine Kombination aus Bearbeitungsbedingungs-Daten bei der Bearbeitung und Bearbeitungsfehler-Daten, die einen Typ des zu erkennenden Bearbeitungsfehlers angeben, definiert ist.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit den kombinierten Fehlerbestimmungswert berechnet, indem sie das Bearbeitungslicht-Signal von der Bearbeitungslicht-Messeinheit und das Bearbeitungsgeräusch-Signal von der Bearbeitungsgeräusch-Messeinheit in Übereinstimmung mit der Art des zu erkennenden Bearbeitungsfehlers selektiv verwendet.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswert und der Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswert Übereinstimmungsgrade zwischen dem Bearbeitungslicht-Merkmal und dem Bearbeitungsgeräusch-Merkmal und Fehlerbestimmungskriterien zum Identifizieren des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals als Bearbeitungsfehler sind, und wobei der Bearbeitungsfehler Bearbeitungsfehler-Arten umfasst, die Bestimmungswert-Berechnungseinheit die Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerte und die Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerte für alle Bearbeitungsfehler-Arten berechnet, wobei die berechneten Bearbeitungslicht-Fehlerbestimmungswerte den höchsten Übereinstimmungsgrad einschließen, die berechneten Bearbeitungsgeräusch-Fehlerbestimmungswerte den höchsten Grad der Übereinstimmung einschließen, und die Bestimmungswert-Berechnungseinheit bestimmt, dass der Bearbeitungsfehler nicht aufgetreten ist, wenn die höchsten Grade der Übereinstimmung kleiner als ein voreingestellter Schwellenwert sind.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit ein kombiniertes Merkmal erhält, indem sie eine Berechnungsverarbeitung des Bearbeitungslicht-Merkmals und des Bearbeitungsgeräusch-Merkmals durchführt, wobei die Berechnungsverarbeitung in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsbedingung oder in Übereinstimmung mit einer Bearbeitungsfehler-Art und einer Bearbeitungsbedingung definiert ist, und die Bestimmungswert-Berechnungseinheit den kombinierten Fehlerbestimmungswert unter Verwendung des kombinierten Merkmals errechnet.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Merkmal-Extraktionseinheit m (m ist eine natürliche Zahl) Typen von Bearbeitungslicht-Merkmalen und n (n ist eine natürliche Zahl) Typen von Bearbeitungsgeräusch-Merkmalen extrahiert, wobei die Bestimmungswert-Berechnungseinheit das kombinierte Merkmal durch Ausführen der Berechnungsverarbeitung unter Verwendung der m Arten von Bearbeitungslicht-Merkmalen und der n Arten von Bearbeitungsgeräusch-Merkmalen berechnet, wobei die Berechnungsverarbeitung in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsbedingung oder in Übereinstimmung mit der Bearbeitungsfehler-Art und der Bearbeitungsbedingung definiert ist, und wobei mindestens eine von m und n eine natürliche Zahl von zwei oder mehr ist.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Recheneinheit ferner eine Einheit für maschinelles Lernen umfasst, um das Bearbeitungslicht-Merkmal, das Bearbeitungsgeräusch-Merkmal und die Bearbeitungsbedingung zu erlernen.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Einheit für maschinelles Lernen außerdem die Gewichtung erlernt.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Gewichtungsinformation die Gewichtung für jede Kombination von Priorität bei der Bearbeitung, der Bearbeitungsbedingung und der Bearbeitungsfehler-Art aufweist.
Die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Bearbeitung durch Laserschneiden erfolgt.
Eine Laserschneidvorrichtung, aufweisend: die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 12; einen Arbeitstisch, auf dem ein Werkstück platziert wird, das dem Laserschneiden unterzogen werden soll; einen Laseroszillator; und einen Bearbeitungskopf, der die Bearbeitungsstelle mit Laserlicht aus dem Laseroszillator bestrahlt.
Eine Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Bearbeitung durch Funkenerosion erfolgt.
Eine Funkenerodiervorrichtung, aufweisend: die Bearbeitungsfehler-Erkennungsvorrichtung nach Anspruch 14; einen Arbeitstisch, auf dem ein Werkstück platziert wird, das der Funkenerosion unterzogen werden soll; eine Elektrode, die sich in einem vorbestimmten Abstand von einer Position des zu bearbeitenden Werkstücks befindet; und eine Stromquelle zum Anlegen einer gepulsten Entladungsspannung zwischen dem Arbeitstisch und der Elektrode.