DE68907861T2

DE68907861T2 - Numerisch gesteuerte laservorrichtung.

Info

Publication number: DE68907861T2
Application number: DE89903805T
Authority: DE
Inventors: Nobuaki Fanuc Mansion H Iehisa; Kazuhiro Fanuc Dai- Bir Suzuki
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1988-04-22
Filing date: 1989-03-23
Publication date: 1993-12-09
Anticipated expiration: 2009-03-24
Also published as: EP0370110B1; EP0370110A4; US5043555A; EP0370110A1; DE68907861D1; WO1989010232A1; JPH01271081A; JP2536900B2

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Laservorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 (vgl. DE-A-3 623 409), und ein Verfahren für die Wartung optischer Komponente in einer numerisch gesteuerten Laservorrichtung, die eine Kombination einer numerischen Steueranordnung und einer Laserbearbeitungseinrichtung darstellt.

STAND DER TECHNIK

Gaslaseroszillatoren wie CO&sub2; usw. liefern eine hohe Ausgangsleistung mit hohem Wirkungsgrad und haben ausgezeichnete Strahleigenschaften, so daß sie oft in Kombination mit einer numerischen Steueranordnung verwendet werden und dann als numerisch gesteuerte Laservorrichtung für die Metallbearbeitung o.ä. dienen. Um den Oszillationswirkungsgrad solcher Gaslaseroszillatoren zu verbessern, muß das durch die Laseroszillation erhitzte Hochtemperaturlasergas gekühlt werden und zu diesem Zweck wird das Lasergas ständig durch eine Kühleinheit mit Hilfe eines Rootsgebläses o.ä. zirkuliert. Das Rootsgebläse hat jedoch Wälzlager und damit nimmt das Lasergas Schmieröl auf, das eine Verunreinigung darstellt und so die Ausgangsleistung der optischen Komponenten verringert. Deshalb müssen nach längerer Betriebszeit die optischen Komponenten gesäubert oder ersetzt werden, um die Leistung wieder anzupassen. Üblicherweise wird die Betriebs zeit von der Bedienung geschätzt und dementsprechend werden die optischen Komponenten gesäubert oder ersetzt.
Dieses Verfahren zum Festlegen der Betriebs zeit sowie die Abschätzung für den Zeitpunkt der Wartung erfolgt von Seiten der Bedienung und hat folgende Probleme:
Wenn der Operator beim Festlegen der Wartungszeit einen Fehler macht oder dies vergißt, so erfolgt die Wartung der optischen Komponenten nicht zum richtigen Zeitpunkt, so dar die Ausgangsleistung des Laseroszillators absinkt, die Bearbeitungswirkung sinkt und Werkstücke fehlerhaft bearbeitet werden.
Werden ferner die verunreinigten optischen Komponenten nicht gesäubert und ersetzt, so absorbiert der Laserstrahl die Verunreinigungen und heizt sich auf, so daß die optischen Komponenten beschädigt und auch durch Säubern nicht restauriert werden können. Deshalb ist die Zeitabschätzung für die Wartung der optischen Komponenten sehr bedeutsam, da sie unmittelbar die Lebensdauer und die Wartung des Oszillators beeinflußt und tatsächlich ein unnötiges Ersetzen teurer optischer Komponenten vermeidet, was offensichtlich wirtschaftlich nicht wünschenswert ist.
DE-A-3 623 409 erläutert eine Laserbearbeitungsvorrichtung, bei der bestimmte Laserstrahleigenschaften gemessen werden.
JP-A-60-66227 offenbart die Benutzung eines unabhängigen Führungslichtes zum Überprüfen einer schmutzen Laserlinse.
Demzufolge ist es die Aufgabe der Erfindung, eine numerisch gesteuerte Laservorrichtung anzugeben, die eine Warnanzeige für die Bedienung liefert, daß optische Komponenten eines Laseroszillators gesäubert oder ersetzt werden müssen.
Gemaß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine numerisch gesteuerte Laservorrichtung der eingangs geschilderten Art mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Wartung optischer Komponenten in einer numerisch gesteuerten Laservorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 2 vorgesehen.
Wird auf diese Weise die Laseroszillationszeit gemessen und festgestellt, daß die Oszillationszeit kürzer als die vorbestimmte Zeit und der Abfall der Ausgangsleistung kleiner ist als ein bestimmter Wert, so wird eine Warnanzeige geliefert, daß die optischen Komponenten gereinigt werden müssen.
Wenn dagegen die Oszillationszeit länger wird als die vorbestimmte Zeit und der Ausgangsleistungsabfall kleiner ist als der bestimmte Wert, so erfolgt eine Warnanzeige für den Operator, daß die optischen Komponenten ersetzt werden müssen.
Somit muß der Operator die Komponenten nur dann reinigen bzw. ersetzen, wenn das von der Warnanzeige vorgegeben ist, ohne dar es erforderlich ist, die Wartungszeiten abzuschätzen usw., so dar die Wartung erleichtert und die Wartungskosten verringert sind.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer numerisch gesteuerten Laservorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 2 ein Flußdiagramm für die Progrmmierung der erfindungsgemäßen Ausführungsform.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine numerisch gesteuerte Laservorrichtung mit einer CPU 1 für die allgemeine Steuerung und eine Ausgangssteuerschaltung 2 zum Konvertieren eines Ausgangssollwertes in einen Ausgangsstrom-Sollwert, wobei diese Schaltung einen D/A-Wandler zum Umsetzen digitaler Werte in analoge Ausgangswerte aufweist. Eine Energieversorgung 3 für den Laser dient zum Gleichrichten der aus einer üblichen Leistungsquelle entnommenen elektrischen Energie und liefert eine Hochfrequenzspannung entsprechend dem Sollwert, der von der Ausgangssteuerschaltung 2 geliefert wird.
Ein Entladungsrohr 4 hat einen Innenraum zum Zirkulieren eines Lasergases, das erregt wird, wenn eine Hochfrequenzspannung von der Energieversorgung 3 her angelegt wird. Ein Spiegel 5 zum totalen Reflektieren des Laserstrahls und ein Ausgangsspiegel 6 ist vorgesehen. Wird der Laserstrahl zwischen den Spiegeln 5 und 6 hin und her reflektiert, speichert der Strahl Energie aus dem erregten Lasergas und verstärkt sich, so daß ein Teil des verstärkten Laserstrahls auf die Außenseite über den Ausgangsspiegel 6 gegeben wird. Der Ausgangslaserstrahl 9 wird an einem Beugespiegel 7 abgeleitet und gelangt auf die Oberfläche eines Werkstückes über einen Kondensor 8.
In einem Speicher 10 ist ein Bearbeitungsprogramm mit Parametern usw. gespeichert. Hierfür ist ein permanenter Bubble-Speicher o.ä. vorgesehen. Der Ausgang einer Positionssteuerschaltung 11 wird in einem Servoverstärker 12 verstärkt, um die Drehung eines Servomotors 13 und die Bewegung eines Tisches 16 über eine Spindel 14 und eine Spindelmutter 15 zu steuern, damit das Bearbeiten des Werkstücks 17 durchgeführt werden kann. Ferner ist eine Anzeige mit einem CRT, eine Flüssigkeitskristallanzeige o.ä. 18 vorgesehen sowie ein Leistungssensor 19 zum Messen der Ausgangsleistung des Laseroszillators. Der Leistungsmesser 19 mißt einen Teil des über den Spiegel 5 totaler Reflektion austretenden Laserausgangs zu Überwachungszwecken, indem ein thermoelektrisches Wandlerelement, ein photoelektrisches Wandlerelement o.ä. benutzt wird.
Die CPU 1 mißt und integriert die Laseroszillationszeit während der durchzuführenden Bearbeitungsvorgänge. Beim Starten der Laservorrichtung liefert die CPU 1 zunächst einen bestimmten Ausgangswert (Leistungssollwert) an die Ausgangssteuerschaltung 2 des Laseroszillators, überwacht den Laserausgangs-Istwert mittels der Leistungsmessung 19 und erfaßt den Ausgangs-Istwert. Die CPU 1 vergleicht dann den Ausgangs-Istwert mit dem Leistungs-Sollwert und errechnet einen Betrag für den Leistungsabfall (Leistungsabfallwert).
Ist der Leistungsabfall größer als ein vorbestimmter Grenzwert und die Laseroszillationszeit kürzer als eine vorbestimmte Zeit, so liefert die CPU 1 einen Befehl zum Anzeigen einer Nachricht an der CRT 18 mit der Warnung, daß die optischen Komponenten gereinigt werden müssen. Wenn der Leistungsabfall größer ist als der vorbestimmte Grenzwert und die Laseroszillationszeit länger als die vorbestimmte Zeit, so liefert die CPU 1 einen Befehl zur Anzeige einer Nachricht auf der CRT 18 mit der Warnung, daß die optischen Komponenten ersetzt werden müssen. Somit ist es nicht für den Operator erforderlich, die Wartungszeit oder die Ausgangsleistung zu beurteilen und ein fehlerhaftes Bearbeiten entfällt, wenn die Bedienung die optischen Komponenten nicht gereinigt hat oder weil der Operator beschädigte optische Komponenten nicht ersetzt hat.
Der Programmablauf für die beschriebene Ausführungsform wird nun erläutert. Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm.
(S1) Beim Starten der Laserbearbeitungsvorrichtung liefert die CPU 1 einen vorbestimmten Ausgangswert (Leistungs- Sollwert) an die Laserausgangssteuerschaltung 2.
(S2) Der Ausgangs-Istwert wird von der Leistungsmeßeinrichtung 19 erfaßt.
(S3) Der Leistungsabfall wird aus dem Sollwert und dem Istwert der Leistung errechnet.
(S4) Es wird bestimmt, ob der Leistungsabfall größer als der bestimmte Grenzwert ist. Ist der Leistungsabfall größer als der Grenzwert, so schreitet das Programm zu S5 vor und wenn nicht, wird das Verfahren beendet.
(S5) Es wird bestimmt, ob die Laseroszillationszeit länger ist als die vorbestimmte maximale Oszillationszeit. Ist das Oszillationszeit länger als die bestimmte Zeit, so wird S6 ausgeführt und wenn nicht, wird S7 ausgeführt.
(S6) Eine Nachricht mit der Warnung, daß die optischen Komponenten ersetzt werden müssen, wird am CRT 18 angezeigt.
(S7) Eine Nachricht mit der Warnung, daß die optischen Komponenten gesäubert werden müssen, wird am CRT 18 angezeigt.
Somit wird stets der optimale Zeitpunkt, zu dem die optischen Komponenten der Laserbearbeitungsvorrichtung gewartet werden sollen, stets angezeigt nach einer bestimmten Betriebszeit und dementsprechend wird ein stabiler Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung für eine lange Betriebszeit beibehalten, und die Lebensdauer der optischen Komponenten kann damit verlängert werden.
Wie erläutert, werden erfindungsgemäß die Oszillationszeit des Laseroszillators und die Laserausgangsleistung beim Starten des Laseroszillators gemessen, um den Leistungsabfall zu errechnen. Basierend auf den Werten der Oszillationszeit und des Betrages für den Leistungsabfall wird eine Warnnachricht gegeben, daß die optischen Komponenten des Laseroszillators gereinigt oder ersetzt werden müssen. Dies wird am CRT angezeigt. Deshalb ist es nicht erforderlich, daß der Operator den Zeitpunkt beurteilt, in dem eine Wartung der optischen Komponenten erforderlich ist.
Darüber hinaus erfolgt eine stabile Laserleistungsabgabe für eine lange Betriebs zeit und wird die Lebensdauer der optischen Komponenten verlängert, da die Wartung stets zum bestmöglichen Zeitpunkt erfolgt.

Claims

1. Numerisch gesteuerte Laservorrichtung in einer Kombination einer numerischen Steueranordnung und einer Laserbearbeitungseinrichtung, mit:

einer Leistungsmeßeinrichtung (19) zum Messen der Laserausgangsleistung, gekennzeichnet durch:

eine Meßeinrichtung (1) zum Messen einer Laseroszillationszeit,

Mitteln (1) zum Vergleichen des Betrages des Ausgangsleistungsabfalls mit einem vorbestimmten Wert und zum Vergleichen der Laseroszillationszeit mit einer vorbestimmten Zeit entsprechend der Gebrauchszeit der optischen Komponente und Anzeigemittel (18) zum Anzeigen einer Nachricht mit der Warnung, daß optische Komponenten der Vorrichtung gesäubert werden müssen, wenn die Oszilliationszeit kürzer als die vorbestimmte Zeit und der Betrag des Ausgangsleistungsabfalls höher ist als der vorbestimmte Wert, und zum Anzeigen einer Nachricht mit der Warnung, daß die optischen Komponenten der Vorrichtung ersetzt werden müssen, wenn die Laseroszillationszeit länger ist als die vorbestimmte Zeit und der Betrag des Ausgangsleistungsabfalls höher ist als der vorbestimmte Wert.

2. Verfahren zur Wartung optischer Komponenten in einer numerisch gesteuerten Laservorrichtung in einer Kombination einer numerischen Steueranordnung und einer Laserbearbeitungseinrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:

Die Laseroszillationszeit wird gemessen;

die Laserausgangsleistung wird gemessen;

der Betrag des Ausgangsleistungsabfalls wird mit einem vorbestimmten Wert verglichen;

die Laseroszillationszeit wird mit einer vorbestimmten Zeit entsprechend der Gebrauchszeit der optischen Komponenten verglichen und

eine Nachricht wird angezeigt, die warnt, daß optische Komponenten der Vorrichtung gesäubert werden müssen, wenn die Oszillationszeit kürzer ist als die vorbestimmte Zeit und der Betrag des Ausgangsleistungsabfalls höher ist als der vorbestimmte Wert und eine Nachricht angezeigt wird, die warnt, daß die optischen Komponenten der Vorrichtung ersetzt werden müssen, wenn die Oszillationszeit länger ist als die vorbestimmte Zeit und der Betrag des Ausgangsleistungsabfalls höher ist als der vorbestimmte Wert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Ausgangsleistung beim Starten des Laseroszillators gemessen wird.