JP2021098228A - レーザ加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所定の加工品質を確保するために加工のプロセス制御をする、レーザ加工方法を提供する。【解決手段】ａ）ワーク２にレーザビーム５を向けるステップと、ｂ）レーザビーム５と上記ワーク２の間の相対移動を、所定の速度で実行するステップと、ｃ）作業ゾーン７の複数の取得画像を取得するステップと、ｄ）取得画像から、少なくとも１つの特性パラメータの経時的変化を確定するステップと、ｅ）特性パラメータの上記経時的変化から、少なくとも１つの統計パラメータを計算するステップと、ｆ）統計パラメータから品質値を確定するステップと、ｇ）品質値に応じて、１つ又は複数のプロセスパラメータ、具体的には、レーザビーム５の少なくとも強度及び／又はレーザビーム５の周波数及び／又は焦点位置及び／又は所定の速度及び／又はガス噴射及び／又はガス噴射のガス圧を制御するステップと、を含む方法。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
この特許出願は、２０１９年１２月２０日に出願されたイタリア特許出願第１０２０１９００００２５０９３号の優先権を主張し、その開示全体を参照によりここに援用する。

本発明は、ワークを切断且つ／又は穴開けするためのレーザ加工方法に関する。具体的には、本発明は、連続モードで、切断又は穴開けステップ中に切断又は穴開けの品質を閉ループ制御する、さらに具体的には所定の加工品質を確保するために加工のプロセス制御をする、レーザ加工方法に関する。

本発明はまた、ワークを切断且つ／又は穴開けするレーザ方法を実行するように構成されたレーザ加工機に関する。具体的には、本発明は、連続モードで、切断又は穴開けステップ中に切断又は穴開けの品質を閉ループ制御する、さらに具体的には所定の加工品質を確保するために加工の閉ループ制御をする、レーザ加工方法を実行するように構成された、レーザ加工機に関する。

ワークを切断且つ／又は穴開けするためのレーザ加工機は周知である。典型的なレーザ加工機は、レーザビームの発光源と、ワーク用の支持体と、レーザビームの焦点位置を制御するための光学群と、ワークの加工中に生成された化合物をワーク自体から遠ざけるように方向付けるためのガス噴射を生成するように構成された発生装置と、レーザビームとワークの間の相対移動を実行するための移動装置とを備えている。

使用時においては、ワークの切断又は穴開けの品質的な結果が、例えばレーザビームの強度や、ガス噴射の圧力、レーザビームとワークの間の相対移動の速度などによって決まる。

例えば、ワークの切断又は穴開け部分の下縁にドロスが形成されることが知られている。

理論的には、達成可能な最大限の品質、すなわち例えばドロス無しなどを実現するように、各パラメータを設定することが考案可能である。しかしながら、このような結果を実現するためには、それと同時に、生産性の低下を引き起こすように各プロセスパラメータを制御せざるを得ない。

したがって、加工の生産性を最大化すると同時にその結果加工品質が確保されるようにパラメータを最適化するための情報を、例えばシミュレーション又は実用的な推定値から、或いは測定値から、得る必要がある。尚、このパラメータの最適化の結果、最適化されたパラメータのセットが確定されるが、これらのパラメータは静的なものであり、すなわちワークの加工中に変更されない。つまり、状況によっては、この最適化されたパラメータのセットを用いても、生産性、品質のどちらの面からも加工が最適に行われないことがある。

尚、切断及び／又は穴開け中に生成されるドロスの大まかな推定値を、いくつかのプロセス測定値の分析から得ることができる手段を備えた加工機が知られている。具体的には、こういった推定値は一般に、離散的な閾値上にあり、ドロスを例えば「無し」又は「有り」などと分類するが、切断されたワーク上に実際に存在するドロスを表す連続的な値を推定することはできない。それに加えて、制御が無い場合、具体的には閉ループ制御が無い場合には、ドロス無しを確保するプロセスパラメータの調整が経験的に行われても、それによって生産性の面からみた作業条件は最適ではなくなる傾向がある。

この文脈で例えば、加工の進行を監視するためにフォトダイオードを使用することも知られている。

しかしながら、例えば、フォトダイオードの使用では、ドロスの形成に関する信頼性のある情報を得ることはできない。

したがって、この分野では、加工品質を、具体的には連続モード且つオンラインで、さらに具体的にはオンラインで連続的な推定変数を得て、監視且つ調整できる可能性を有する、ワークを切断且つ／又は穴開けするためのレーザ加工方法及び／又はレーザ加工機を、さらに改良する必要性が感じられる。

本発明の目的は、上述の欠点の少なくとも１つを簡易且つ経済的な形で克服することを可能にする、切断且つ／又は穴開けするためのレーザ加工方法と、レーザ加工機の実現である。

具体的には、本発明の目的は、品質の制御と、得られた品質に応じた加工機のプロセスパラメータの制御とを可能にする、切断且つ／又は穴開けするためのレーザ加工方法と、レーザ加工機の実現である。

上述の目的は、本発明が独立請求項に記載のレーザ加工方法に関することから、本発明によって達成される。好ましい代替実施形態は、それぞれの従属請求項で保護される。

上述の目的はまた、本発明が請求項１４に記載のレーザ加工機に関することから、本発明によって達成される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して非限定的な例として提供される以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明によるレーザ加工機の部分概略図である。 図１の加工機の作動中に得られた取得画像の例である。 図２ａの対照画像の分析の一ステップを示す図である。 図２ａの対照画像の分析の一ステップを示す図である。 複数の取得画像の分析から得られた特性パラメータの経時的変化の図である。 図１の加工機の作動中における、２つの異なる条件でのそれぞれの特性パラメータの経時的変化から得られた、特性パラメータの分布図である。

図１において、符号１が、全般に、ワーク２を切断且つ／又は穴開けするように構成されたレーザ加工機全体を示す。

優先的には、ワーク２は金属材料でできている。具体的には、ワーク２は平面且つ／又は管状の形状を有する。

より詳細には、レーザ加工機１は、
レーザ加工機１の作動を制御するための制御ユニット３と、
制御ユニット３に動作的に接続され、レーザビーム５を発するように構成された、レーザビーム５の発光源４と、
レーザビーム５を制御するための、具体的にはレーザビーム５を光軸Ａに沿ってワーク２且つ作業ゾーン７に向けるための、光学群６（制御ユニット３に動作的に接続されている）と、
制御ユニット３に動作的に接続された移動装置であって、具体的には切断及び／又は穴開けの形状を特定するために、所定の速度で、レーザビーム５とワーク２の間の相対移動を実行するように構成された移動装置と、を備える。

尚、具体的には、作業ゾーン７は、ワーク２の、使用中レーザビーム５に曝される領域であり、したがって切断且つ／又は穴開けされる領域である。この作業ゾーン７は、レーザビーム５とワーク２の間の相対移動が行われるために、使用中は動的である。

優先的には、レーザ加工機１はまた、
制御ユニット３に動作的に接続され、ワーク２の切断及び／又は穴開け中に生成された化合物をワーク２から遠ざけるように方向付けるためのガス噴射を生成するように構成された、発生装置（図示せず、それ自体は知られている）を、備える。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によると、制御ユニット３は、レーザ加工機１のプロセスパラメータ、具体的にはレーザビーム５の強度及び／又はレーザビーム５のレーザ周波数及び／又はレーザビーム５の焦点位置及び／又はレーザビーム５とワーク２の間の相対移動の所定の速度及び／又はガス噴射及び／又はガス噴射のガス圧を、制御するように構成される。

優先的には、制御ユニット３は、プロセスパラメータをフィードバックモードで制御するように構成される。

尚、上記プロセスパラメータは、レーザ加工機１の作動を規定する全て（ほぼ全て）のパラメータである。

有利には、レーザ加工機１はまた、加工工程、具体的には切断及び／又は穴開けを、監視するように構成された監視装置８を備える。具体的には、監視装置８は、作業ゾーン７の複数の取得画像９（図２ａに取得画像の例が示されている）を取得するように構成される。

具体的には、監視装置８は制御ユニット３に動作的に接続され、制御ユニット３は、少なくとも、取得画像９から抽出且つ／又は得られた情報に応じて、レーザ加工機１の作動を制御するように構成される。

具体的には、監視装置８は、レーザ加工機１の作動中に取得画像９を取得するように構成される（つまり、監視装置８はオンラインモードで動作するように構成される）。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によると、監視装置８は、プロセス放射、すなわち作業ゾーン７に存在する熱の熱的放射を捉えるように構成される。

優先的には、発光源４は、ＮＤ：ＹＡＧレーザ、具体的にはファイバタイプのＮＤ：ＹＡＧレーザ、又は炭酸ガスレーザを備える。

より詳細には、光学群６は、レーザビーム５をワーク２に向け、レーザビーム５の焦点を特定するように構成される。

優先的には、光学群６は、発光源４からワーク２への光路Ｐを特定するように構成され、光路Ｐは、横向きの、具体的には光軸Ａに垂直な、第１の部分Ｐ１と、光軸Ａに同軸な第２の部分Ｐ２とを含む。つまり、レーザビーム５は部分Ｐ１と部分Ｐ２に沿って伝播し、それぞれ、Ｐ１は、Ｐ２に対して垂直であり、部分Ｐ２は、優先的には光軸Ａと一致する。

優先的には、光学群６は、レーザビーム５の焦点を特定するように構成された少なくとも１つの集束レンズ１４を備え、具体的には、集束レンズ１４は部分Ｐ２に配置される。

より具体的には、光学群６はまた、レーザビーム５を部分Ｐ１から部分Ｐ２へ偏向させるように構成された、コリメートレンズ１５と二色性ミラー１６を備える。具体的には、コリメートレンズ１５は部分Ｐ１に配置される。

優先的には、二色性ミラー１６は、レーザビーム５が第１の部分Ｐ１に沿った伝播から第２の部分Ｐ２に沿った伝播へ偏向するように配置される。

より詳細には、上記移動装置は、ワーク２に対する相対的な前進方向Ｄ１へのレーザビーム５の移動を制御するように構成される。

優先的には、上記移動装置は、ワーク２を支持するように構成された支持体（図示せず、それ自体は知られている）を備え、具体的には、上記支持体は、レーザビーム５とワーク２の間の相対移動を実現させるように作動するよう可動式になっている。

或いは、又はそれに加えて、上記移動装置の少なくとも一部分が、レーザビーム５とワーク２の間の相対移動を実現させるようにワーク２を移動させるよう、上記支持体に組み込まれ且つ／又は関連付けられる。

或いは、又はそれに加えて、上記移動装置は、発光源４及び／又は光学群６及び／又は光学群６の一部分を担持する、レーザビーム５を移動させるための可動支持台を備える。

より詳細には、監視装置８は、取得画像９を取得するように構成された、例えばＣＣＤやＣＭＯＳタイプなどの少なくとも１つのビデオカメラ１７を備える。具体的には、ビデオカメラ１７は、時間的に一続きの取得画像９を得るために、取得画像９を連続的に取得するように構成される。より具体的には、ビデオカメラ１７は、少なくとも１０００フレーム／秒、具体的には少なくとも１５００フレーム／秒の頻度（周波数）で取得画像９を取得するように構成される。

具体的には、ビデオカメラ１７は、作業ゾーン７から発生する光束１８を捉えるように構成され、その光束１８は、使用中、第３の方向（第２の方向Ｐ２の反対）に伝播する。

より具体的には、光束１８は、作業ゾーン７におけるプロセス放射に対応する。

優先的には、光束１８は、光学群６の少なくとも一部分、具体的には集束レンズ１４及び二色性ミラー１６を通過する。

優先的には、ビデオカメラ１７は、光軸Ａに対して同軸に配置される。具体的には、光束１８は、部分Ｐ２に対して平行に伝播する。

より詳細には、監視装置８はまた、所定の波長帯域の光をビデオカメラ１７が確実に受け取るように構成された光学フィルタ群１９を備える。具体的には、光学フィルタ群１９は、近赤外で動作する（これは近赤外フィルタである）。

具体的には、光学フィルタ群１９は、上記第３の方向に対してビデオカメラ１７の上流に配置される。

具体的には、光学フィルタ群１９は、低帯域フィルタ（例えば７５０ｎｍのもの）とローパスフィルタ（例えば１０００ｎｍのもの）を備える。

尚、レーザ加工機１の作動時には、作業ゾーン７のワーク２から材料を、レーザビーム５が具体的には加熱によって切り取り、ワーク２の厚み全体に沿って延びるスロットを作成する。具体的には、レーザビーム５は、ワーク２の第１の表面２０から、その第１の表面２０と反対側のワーク２の第２の表面２１まで、ワーク２を切断する。より具体的には、表面２０にはスロットの第１の縁部、その第１の縁部と反対側の、表面２１にはスロットの第２の縁部が形成される。

また、作業ゾーン７のワーク２の切断及び／又は穴開け中は、生成される化合物を、それらが冷える前に、ガス噴射で除去且つ／又は遠ざけるべきことが知られている。

さらに、ワーク２の加工中に、第２の縁部にドロスが形成される可能性があることも知られている。具体的には、これは、レーザビーム５によって取り除かれた材料が、ワーク２から除去される前に冷え、その結果そこに留まってドロスを生成する故に発生する。

具体的には、ドロスの生成は、１つ又は複数のプロセスパラメータに応じて発生する。プロセスパラメータとはつまり、レーザビーム５の強度及び／又はレーザビーム５のレーザ周波数及び／又はレーザビーム５の焦点位置及び／又はレーザビーム５とワーク２の間の相対移動の所定の速度及び／又はガス噴射及び／又はガス噴射のガス圧、などである。

プロセスパラメータの制御は通常、ドロスの形成が実質的に抑制されるように行われる。しかしながら、それにより生産性が低下し、場合によってはコストも上昇する。

本出願人は、ドロスの形成は必ずしも抑制する必要はなく、その許容できる存在及び量は、具体的な用途に応じて決まるということに気がついた。

このため、以下に説明するように、まずは第一に、切断及び／又は穴開けの品質、並びに／或いはドロスの存在及び量を制御する（生成されるドロスの時間と量の両方について定量的且つ連続的に制御する）手段を、レーザ加工機１は備えている。

有利には、制御ユニット３は、取得画像９から、具体的には取得画像９の分析から、品質値を確定するように構成される。

具体的には、品質値は、切断及び／又は穴開けの品質を示す。より具体的には、品質値は、作業ゾーン７に形成されるドロスの存在及び／又は量を表す。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によると、制御ユニット３は、レーザ加工機１の作動中に、品質値を、具体的には生成されるドロスの時間と量の両方の点から、連続的に確定するように構成される。このようにして、レーザ加工機１の作動中全体で、切断及び／又は穴開け品質の制御が確保される。

優先的には、制御ユニット３は、取得画像９から品質値を分析且つ／又は確定するように構成された、分析ユニット２２を備える。

具体的には、分析群２２は、各取得画像９から、少なくとも１つの特性パラメータ、優先的には複数の特性パラメータを、確定するように構成される（図２ｃを参照）。

各取得画像９が経時的に異なる時点で確定されることを考慮すると、分析群２２はまた、取得画像９の１つ又は複数の特性パラメータの各経時的変化（例えば図３を参照）も確定するように構成される。

優先的には、分析群２２はまた、１つ又は複数の特性パラメータの各経時的変化から、少なくとも１つの統計パラメータ、優先的には複数の統計パラメータを計算し、その１つ又は複数の統計パラメータを起点として、品質値を確立していくように構成される。具体的には、各経時的変化は、所定の一期間について検討され、具体的には、この所定の期間は一定である。

より詳細には、分析群２２は、具体的にはセグメント化によって、各取得画像９を（他とは独立して）変換画像２３（図２ｂを参照）に変換して、それぞれの二値画像を得るように構成される。

優先的には、各変換画像２３（二値画像）は、第１の色（例えば白色）と第２の色（例えば黒色）を含む。

各取得画像９は、プロセス放射の強度に関する情報の特徴を含んでいるとみなすべきである。具体的には、上記の第１の色と第２の色が、各変換画像２３のそれぞれのゾーンに関連付けられ、これらのゾーンは、所定の強度閾値以上の強度をそれぞれ有する、それぞれの変換画像２３のそれぞれのゾーンに対応する。

いくつかの好ましい実施形態によると、各取得画像９したがってそれぞれの変換画像２３は、それぞれの高強度ゾーン２４を含む。各高強度ゾーン２４は、具体的には円の形状によって近似可能且つ／又は記述可能な、それぞれの主要部分２５と、各主要部分２５から延びる、具体的には相対的な前進方向Ｄ１に対して平行な方向Ｄ２に延びる、１つ又は複数のそれぞれの細長い部分２６とを有する。具体的には、各高強度ゾーン２４は（したがってそれぞれの主要部分２５とそれぞれの細長い部分２６も）、それぞれの取得画像９の、所定の強度閾値以上の強度を有するゾーンによって特定される。

特に図２ｃを参照すると、各高強度ゾーン２４の、具体的にはそれぞれの主要部分２４及びそれぞれの細長い部分２６の、幅ｗ及び／又は長さｌ及び／又は強度によって、又はそれらに応じて、各特性パラメータが特定される。

具体的には、分析群２２は、各取得画像９及び／又は各変換画像２３から、優先的には各変換画像２３から、それぞれの幅ｗ及び／又はそれぞれの長さｌ及び／又はそれぞれの強度を、確定するように構成される。

具体的には、各高強度ゾーン２４のそれぞれの幅ｗは、相対的な前進方向Ｄ１に対して垂直な方向Ｄ３の、高強度ゾーン２４の最大の延びによって特定される。

より具体的には、方向Ｄ３の最大の延びは、各主要部分２４の方向Ｄ３の最大の延びに対応する。

具体的には、各高強度ゾーン２４のそれぞれの長さｌは、高強度ゾーン２４の重心ｃからの、高強度ゾーン２４の方向Ｄ２の最大の延びとして特定される。具体的には、各長さｌは、それぞれの細長い部分２６の、重心ｃから最も離れている最大の延びに対応する。

尚、各特性パラメータは、それぞれの長さｌ、それぞれの幅ｗ又はそれぞれの強度だけでなく、それらの組み合わせ及び／又はそれらのそれぞれの時間微分係数によっても、特定され得る。

より詳細には、分析群２２はまた、各特性パラメータのそれぞれの経時的変化から、それぞれの確率分布（図４を参照）を確定し、それぞれの確率分布から、統計パラメータ（１つ又は複数）を確定するように構成される。具体的には、それぞれの統計パラメータ（１つ又は複数）は、上記確率分布のそれぞれの中央値、それぞれの分散及びそれぞれの歪度からなるグループの中で選択される。

具体的には、図４は、各ワーク２の切断中に確定された確率分布の２つの例を示している。破線の確率分布は、実線で描かれた確率分布よりも高品質のレーザ切断から得られる。

これらの図示された確率分布が示す違いは、異なるそれぞれの中央値、それぞれの分散及びそれぞれの歪度によって表し得ることは明らかである。

より詳細には、分析群２２は、非線形又は線形関数、具体的には非線形関数により、統計パラメータ（１つ又は複数）から品質値を確定するように構成される。優先的には、上記非線形関数はニューラルネットワークによって近似される。このニューラルネットワークは、使用中、品質値を確定するために統計パラメータ（１つ又は複数）を受け取る。

優先的には、分析群２２は、品質値の経時的変化を確定するように、具体的には時間と量の両方の点から、連続的に動作するように構成される。具体的には、分析群２２は、各品質値を確定するために、所定の期間の間に連続して取得された複数の取得画像９を分析するように構成される。より具体的には、分析群２２は、第１の品質値と、その第１の品質値に続く第２の品質値とをそれぞれ確定するために、第１の複数の取得画像９と、第２の複数の取得画像９とを分析するように構成される。少なくとも、第１の複数の取得画像９と第２の複数の取得画像９は、部分的に重なり合う。

優先的には、第２の複数の取得画像９は、第１の複数の取得画像９と同じ数の取得画像９を含む。第２の複数の取得画像９は、所定の数の追加取得画像９を含み、この追加取得画像９は、（経時的変化に関して）第１の複数の取得画像９に属する取得画像９の後に取得されている（つまり、上記所定の数の追加取得画像９は、経時的変化に関して、第１の複数の取得画像９の最後の取得画像９の後に続く）。さらに、第１の複数の取得画像９のうち、上記所定の数と同一の数の取得画像９は、第２の複数の取得画像９よりも前に取得されており、それらの画像を第２の複数の取得画像９は含まない（すなわち、第１の複数の取得画像９のうち最も古い取得画像群は、第２の複数の取得画像９に含まれない）。具体的には、上記所定の数は１以上である。

つまり、第１の複数の取得画像９と第２の複数の取得画像９は、同一幅の期間、具体的には所定の期間に等しい時間幅にまたがっている。一続きの第１の複数の取得画像９は、第２の複数の取得画像９全てよりも前に取得された取得画像９を含み、第２の複数の取得画像９は、少なくとも１枚は第１の複数の取得画像９全てよりも後に取得された、一続きの取得画像９を含む。

より詳細には、制御ユニット３はまた、目標品質値の設定を、例えばレーザ加工機１のマンマシンインターフェースなどによって、受け取る且つ／又は可能にするように構成される。目標品質値は、所望の切断及び／又は穴開け品質を示す。例えば、目標品質値は、ドロスの存在及び／又は量を示す。具体的には、目標品質値は、ドロスの許容できる量を表す。

優先的には、制御ユニット３は、確定された品質値（１つ又は複数）と目標品質値に応じて、プロセスパラメータを制御するように構成され、具体的には、切断及び／又は穴開けを継続する際、目標品質値と（ほぼ）同一の品質値を得るように構成される。

尚、この説明の文脈では、「品質値」という語は、得られた品質レベルを表す。

また、この説明の文脈では、「目標品質値」という語は、その目標品質値を、例えばオペレータなどが選択且つ／又は制御できることを示す。目標品質値は、最高品質の切断及び／又は穴開けを実現するように選択することもできるが（例えばドロスの形成を最小限に抑える、さらには回避するなどのために）、レーザ加工機１とその作動によって、制御且つ／又は任意に選択することが可能になる。

具体的には、目標品質値は、所望の品質レベル、すなわち切断及び／又は穴開けによって実現すべき品質レベルを表す。

使用時については、レーザ加工機１がワーク２を切断且つ／又は穴開けする。

具体的には、レーザ加工機１の作動は、少なくとも以下のステップを含む。
ａ）切断及び／又は穴開けを実行するために、上記ワーク２の作業ゾーン７のところで上記ワーク２にレーザビーム５を向けるステップと、
ｂ）具体的には切断及び／又は穴開けの形状を特定するために、所定の速度で、上記レーザビーム５と上記ワーク２の間の相対移動を実行するステップと、
ｃ）上記作業ゾーン７の複数の取得画像９を取得するステップと、
ｄ）上記取得画像９から、１つ又は複数の特性パラメータの経時的変化を確定するステップと、
ｅ）各上記特性パラメータの経時的変化から、それぞれの少なくとも１つの統計パラメータを計算するステップと、
ｆ）上記統計パラメータ（１つ又は複数）から品質値を確定するステップと、
ｇ）上記品質値に応じて、具体的にはフィードバックで、１つ又は複数のプロセスパラメータ（レーザ加工機１のもの）、例えば、上記レーザビーム５の強度、上記レーザビーム５のレーザ周波数、上記レーザビーム５の焦点位置、上記レーザビーム５と上記ワーク２の間の相対移動の上記所定の速度、ガス噴射又は上記ガス噴射のガス圧などを制御するステップ。

優先的には、レーザ加工機１の作動は、少なくとも上記ステップｃ）〜ｆ）、優先的には上記ステップａ）〜ｆ）が繰り返される、１つ又は複数の繰り返しステップを含む。

優先的には、上記ステップａ）及びｂ）の間、上記ステップｃ）〜ｇ）が実行される。

より詳細には、ワーク２にレーザビーム５を向ける上記ステップの間、発光源４がレーザビーム５を発し、光学ユニット６がそのレーザビーム５をワーク２に向ける。具体的には、制御ユニット２が、光学群６、具体的には集束レンズの制御によって、レーザビーム５の焦点を制御する。

優先的には、ステップｂ）の間、ワーク２及び／又はレーザビーム５が移動する。具体的には、ステップｂ）の間、ワーク２を担持する支持体並びに／或いは発光源４及び／又は光学群６を担持する支持台が移動する。より優先的には、ワーク２のみを移動させるために、支持体のみが操作される。

優先的には、ステップｂ）の間、監視装置８とワーク２の間でも、相対移動が実行される。具体的には、レーザビーム５と監視装置８との間では、相対移動は実行されない。

尚、レーザビーム５とワーク２の間で相対移動が行われるため、作業ゾーン７もまた、時間の経過とともにワーク２に対して変化していく。

より詳細には、ステップｃ）の間、取得画像９が、監視装置８、具体的にはビデオカメラ１７によって、確定される。

具体的には、ステップｃ）の間、ビデオカメラ１７が、プロセス放射（すなわち熱）を捉える。

具体的には、ステップｃ）の間、各取得画像９は、互いに別々の時点で取得される。したがって、各取得画像９は、やはり別々の作業ゾーン７に対応する。

優先的には、ステップｃ）の間、取得画像９は、具体的には監視装置８、より具体的にはビデオカメラ１７によって、少なくとも１０００フレーム／秒、具体的には少なくとも１５００フレーム／秒の周波数で取得される。

より詳細には、ステップｄ）の間、各特性パラメータの経時的変化が、所定の期間、具体的には一定である所定の期間にわたって、確定される（つまり、各特性パラメータの確定に使用される取得画像９の数は一定であり、事前に設定される）。

優先的には、ステップｄ）の間、変換サブステップが実行され、その間に、各取得画像９がそれぞれの変換画像２３に変換される。その後、その変換画像２３から、各特性パラメータが得られる。

具体的には、上記変換ステップは閾値処理サブフェーズであり、その間に、各取得画像９が、それぞれの二値画像（変換画像２３）を得るためにセグメント化される。

具体的には、特に図２ｂを参照すると、上記閾値処理サブフェーズの間、第１の色（例えば白色）が、所定の強度閾値以上の強度をそれぞれ有する、各変換画像２３（二値画像）のそれぞれのゾーンに関連付けられ、第２の色（例えば黒色）が、所定の強度閾値未満の強度をそれぞれ有する、各取得画像９のそれぞれのゾーンに関連付けられ、各変換画像２３（二値画像）のそれぞれのゾーンが、それぞれの取得画像９（二値画像）のそれぞれのゾーンに対応する。

具体的には、上記閾値処理サブフェーズの間、各変換画像２３を得るために、所定の強度閾値に基づいて、それぞれの取得画像９の各ピクセルが第１の色又は第２の色に関連付けられる。第１の色は、所定の強度閾値以上の強度を有するピクセルに関連付けられ、第２の色は、所定の強度閾値未満の強度を有するピクセルに関連付けられる。

優先的には、ステップｄ）の間、各変換画像２３（二値画像）が１つ又は複数の特性パラメータを確定するために分析され、これらの特性パラメータは、高強度ゾーン２４の幅及び／又は長さ及び／又は強度によって、又はそれらに応じて特定される。

具体的には、ステップｄ）の間、各高強度ゾーン２４のそれぞれの幅ｗは、高強度ゾーン２４、具体的にはそれぞれの主要部分２５の、方向Ｄ３の最大の延びによって特定される。

具体的には、ステップｄ）の間、各高強度ゾーン２４のそれぞれの長さｌは、高強度ゾーン２４の重心ｃから方向Ｄ２の、高強度ゾーン２４、具体的には細長い部分の最大の延びによって特定される。

より詳細には、ステップｅ）の間、各特性パラメータの経時的変化から、それぞれの確率分布が確定され（図４を参照）、各確率分布によって、統計パラメータ（１つ又は複数）が確定される。具体的には、各統計パラメータは、それぞれの確率分布のそれぞれの中央値、それぞれの分散及びそれぞれの歪度からなるグループの中で選択される。

より詳細には、ステップｆ）の間、品質値が、統計パラメータ（１つ又は複数）から、非線形又は線形関数、優先的には非線形関数により得られる。

具体的には、上記非線形関数は、１つ又は複数の統計パラメータをパラメータとして受け取る人工ニューラルネットワークによって、近似される。

いくつかの好ましい非限定的な実施形態によると、上記統計パラメータ（１つ又は複数）及び上記品質値は、ドロスの存在及び／又は形成及び／又は量の特徴を表す。

優先的には、レーザ加工機１の作動はまた、目標品質値を設定するステップを含む。この目標品質値は、所望の切断及び／又は穴開け品質を特定する。具体的には、このステップの間、特定の目的に十分な切断及び／又は穴開けの品質を設定し、品質と価格の比を最適化できる可能性が、ユーザに提供される。

より詳細には、ステップｇ）の間、プロセスパラメータが、確定された品質値及び目標品質値に応じてチェックされる。

優先的には、ステップｇ）の間、プロセスパラメータ（１つ又は複数）が、目標品質値にほぼ等しい品質値を実現するように制御される。

本発明によるレーザ加工機１とその作動方法の特徴を考察すると、それによって得られる利点は明らかである。

具体的には、レーザ加工機１とその作動により、切断又は穴開け品質を、具体的には時間と量の両方の点から、連続的に監視することが可能になり、また、確定された品質値によって定量的に表された品質に応じて、その作動を制御することが可能になる。

他の利点は、特性パラメータの経時的変化の処理から得られる統計パラメータを使用することにある。これによって、特定の位置及び特定の時点だけを対象にして確定できる情報ながら、より大きなデータセットを反映する、離散的でない情報を、得ることが可能になる。このようにして、確定の精度が向上する。

他の利点は、目標品質値を設定できる可能性にある。このようにして、ワーク２の品質と価格の比を最適化できる可能性が、オペレータに提供される。

最後に、本明細書で説明且つ例示したレーザ加工機１と作動方法に対して、特許請求の範囲によって定義される保護の範囲から逸脱しない修正及び変更を加えてもよいことは明らかである。

１ レーザ加工機
２ ワーク
３ 制御ユニット
４ 発光源
５ レーザビーム
６ 光学群
７ 作業ゾーン
８ 監視装置
９ 取得画像
１４ 集束レンズ
１５ コリメートレンズ
１６ 二色性ミラー
１７ ビデオカメラ
１８ 光束
１９ 光学フィルタ群
２０ ワークの第１の表面
２１ ワークの第２の表面
２２ 分析群
２３ 変換画像
２４ 高強度ゾーン
２５ 高強度ゾーンの主要部分
２６ 高強度ゾーンの細長い部分

Claims (14)

1. 金属製のワーク（２）のレーザ加工方法であって、
   ａ）切断及び／又は穴開けを実行するために、前記ワーク（２）の作業ゾーン（７）のところで前記ワーク（２）にレーザビーム（５）を向けるステップと、
   ｂ）前記レーザビーム（５）と前記ワーク（２）の間の相対移動を、所定の速度で実行するステップと、
   ｃ）前記作業ゾーン（７）の複数の取得画像（９）を取得するステップと、
   ｄ）前記取得画像（９）から、少なくとも１つの特性パラメータの経時的変化を確定するステップと、
   ｅ）前記特性パラメータの前記経時的変化から、少なくとも１つの統計パラメータを計算するステップと、
   ｆ）前記統計パラメータから品質値を確定するステップと、
   ｇ）前記品質値に応じて、１つ又は複数のプロセスパラメータ、具体的には、前記レーザビーム（５）の少なくとも強度及び／又は前記レーザビーム（５）のレーザ周波数及び／又は前記レーザビーム（５）の焦点位置及び／又は前記所定の速度及び／又はガス噴射及び／又は前記ガス噴射のガス圧を制御するステップと、
   を含む方法。
2. 少なくとも前記ステップｃ）〜ｆ）、具体的には前記ステップａ）〜ｆ）が繰り返される、少なくとも１つのｈ）繰り返しステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ステップｄ）の間、所定の期間にわたって、前記経時的変化が確定される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記所定の期間が一定である、請求項３に記載の方法。
5. 前記ステップｅ）の間、確率分布が、前記特性パラメータの前記経時的変化から確定され、前記統計パラメータが、前記確率分布から確定され、具体的には、前記統計パラメータが、前記確率分布のそれぞれの中央値、それぞれの分散及びそれぞれの歪度からなるグループの中で選択される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記統計パラメータ及び前記品質値が、ドロスの存在及び／又は形成及び／又は量の特徴を表す、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 目標品質値を設定するステップをさらに含み、
   前記ステップｇ）の間、１つ又は複数の前記プロセスパラメータが、前記品質値及び前記目標品質値の関数として制御される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記ステップｇ）の間、１つ又は複数の前記プロセスパラメータが、前記目標品質値に等しい品質値を実現するように制御される、請求項７に記載の方法。
9. 各取得画像（９）が熱の画像である、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記ステップｄ）の間、閾値処理サブフェーズが実行され、前記閾値処理サブフェーズの間、各変換画像（２３）を得るためにそれぞれの前記取得画像（９）がセグメント化される、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記各取得画像（９）が高強度ゾーン（２４）を含み、前記高強度ゾーン（２４）が、具体的には、主要部分（２５）と、前記主要部分（２５）から延びる１つ又は複数の細長い部分（２６）とを有し、
    前記特性パラメータが、前記高強度ゾーン（２４）の幅及び／又は長さ及び／又は強度によって、又はそれらに応じて、特定される、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記ステップｆ）の間、前記品質値が、前記統計パラメータから、線形関数又は非線形関数により得られる、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記ステップｃ）の間、前記取得画像（９）が、少なくとも１０００フレーム／秒、具体的には少なくとも１５００フレーム／秒のレートで取得される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成された制御ユニット（３）を備える、ワーク（２）を切断且つ／又は穴開けするように構成されたレーザ加工機（１）。

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