JP4138980B2 - Yagレーザの加工条件設定装置 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、YAGレーザの加工条件設定装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
YAGレーザによって材料を加工をする場合、その材料の材質や厚さ等を勘案して最適な加工条件を設定しなければならない。レーザの出力には次のような三つの要素があり、オペレータは加工の際、これらの要素を最適な状態にして加工しなければならない。
【0003】
1.光の強さ(I)
2.光のパルス幅(L)
3.光のパルスの繰り返し数(f)
レーザの光の強さ,光のパルス幅、光のパルスの繰り返し数は、夫々電源から励起ランプへ供給される電力や電圧又は電流(例えば電流Io )と、時間幅(Lo )、パルスの周波数(fo )等によって一義的に定まるが、電源にはその能力等により次のような種々の制限がある。
【0004】
定格出力 Pm
電源の出力できる最大電力でW(ワット)で表わされる。
【0005】
定格出力≧Ko ・Io 3/2・Lo ・fo ここでKo は励起ランプの固有の定数である。 訂
最大デューティ Dm
電源のパルス出力の1周期に対するオン幅の比(%)の最大値で次のように表わされる。最大デューティ≧100Lo ・fo もしくは最大デューティ≧ON幅/(ON幅+0FF幅)
最大強さ(最大高さ)
電源の出力できる最大電流(Im )、もしくは最大電圧(Vm )、もしくは最大電圧(Vm )×最大電流(Im )である。
【0006】
最大幅 Lm
電源の出力できるパルスの最大の幅である。前記のパルスの最大強さとの間に、電源のコンデンサの容量等に起因する一定の制約がある。
【0007】
最大周波数 fm
電源の出力できるパルスの最大の周波数である。
【0008】
オペレータが加工条件を決める場合、それらの値が前記の電源の制限値以内であれば問題はないが、制限値を越えると、アラームの表示となり、その加工条件は受け付けられない。この時オペレータが知り得るのは、「入力した加工条件が電源のどの制限値(例えば最大デューティ)を越えたものである」という情報のみであつた。
【0009】
そのため、オペレータは、加工条件をどのように変更すればよいか分からず、試行錯誤を重ねることになり、電源の能力に余裕のある加工条件にすることが多々あり、オペレータに時間と労力をかけ、更にシステム全体の効率を下げる結果になっていた。
【0010】
また、YAGレーザでは、励起ランプが徐々に劣化するが、レーザの出力を一定に保つて加工する場合には、電源出力を徐々に上昇するように調整しなければない。そのため、上記のような事が頻繁に起るという問題があった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は前記のような問題を解決するためになされたもので、加工条件の設定にあたり、オペレータに余分の時間や労力をかけず、またシステム全体の能力を最大限に利用できるYAGレーザの加工条件設定装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述のごとき問題に鑑みてなされたもので、加工条件設定部(1)と電源制御部(2)と電源部(3)とを備えたYAGレーザの加工条件設定装置であって、
前記加工条件設定部(1)に備えた演算手段は、
前記加工条件設定部(1)に備えた入力手段から入力された光の強さ(I),パルス幅(L),パルスの周波数(f)が前記電源部(3)の能力によって制限された電流の最大値(I ),パルス幅の最大値(L ),周波数の最大値(f )内であるか否かをチェックして最大値を越えているものを最大値に等しく修正する第1機能と、
設定できる電流値と設定できるパルス幅との関係において、前記第1機能で設定された強さ(I )に基づいてパルス幅(L )を求め、電流とパルス幅をチェックしてパルス幅を修正する第2機能と、
前記第1機能で設定された強さ(I )を固定して第2機能で求めたパルス幅(L )を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第3機能と、
前記第1機能で設定された強さ(I )を固定し、前記第2機能でパルス幅を修正した後、周波数を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第4機能と、
設定できる電流値と設定できるパルス幅との関係において、前記第1機能で設定されたパルス幅(L )に基づいて電流値(I )を求め、電流とパルス幅をチェックして電流を修正する第5機能と、
前記第1機能で設定されたパルス幅(L )を固定して電流値を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第6機能と、
前記第1機能で設定されたパルス幅(L )を固定して周波数を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第7機能と、
前記第1機能で設定された周波数(f )を固定して、当該周波数(f )と前記第1機能で設定されたパルス幅(L )により求めたデューティー(D )のチェックを行うと共に強さを優先した場合の電流とパルス幅のチェック及びパワーチェックを行って強さ,パルス幅,周波数を修正する第8機能と、
前記第1機能で設定された周波数(f )を固定して、当該周波数(f )と前記第1機能で設定されたパルス幅(L )により求めたデューティー(D )のチェックを行うと共にパルス幅を優先した場合の電流とパルス幅のチェック及びパワーチェックを行って強さ,パルス幅,周波数を修正する第9機能と、を備え、
前記第3機能,第4機能,第6機能,第7機能,第8機能及び第9機能によってそれぞれ修正された加工条件としての電流,パルス幅,周波数の組合せを表示する表示手段及び表示された加工条件を選択する選択スイッチを前記加工条件設定部(1)に備えていることを特徴とする
【0014】
【発明の実施の形態】
次に、この発明について図面を参照して説明する。図1はこの発明のYAGレーザの電源の構成を示したブロック図で、加工条件設定部1と、電源制御部2と、電源部3とからなっている。加工条件設定部1にはキーボード等からなる入力手段と、CPU等からなる演算手段と、CRT等からなる表示手段を備えており、電源制御部2には電源の出力を制御するPWM制御器等を備えており、電源部3には商用電源から直流を得る整流器と、コンデンサと、スイッチング素子等を備えている。電源部3の出力はレーザの励起ランプへ供給される。
【0015】
図2は設定可能な電流(最大値Im )と、対応する設定可能なパルス幅(最大値Lm )との範囲を示したもので、斜線部内に限られる。このように制限されるのは電源部3のコンデンサの容量に限度があるからである。
【0016】
次に図3によって加工条件の設定について説明する。まずS1においてオペレータは光の強さI、パルス幅L、パルスの繰り返し数f等の加工条件(対応する電源の電流をIo 、パルス幅をLo 、パルスの周波数をfo とする)を任意に入力する。S2において制限値(電流の最大値Im 、パルス幅の最大値Lm 、パルスの周波数の最大値fm )の内か否かをチェックし、越える場合には警報等によりオペレータに注意を喚起する。S3において制限値を越えているものを制限値に等しくなるように修正する。
【0017】
S4においてIを固定し図4の結合子▲1▼へ進み、S5においてLを固定し図5の結合子▲2▼へ進み、S6においてfを固定し図6の結合子▲3▼へ進む。S4、S5、S6は加工条件の優先順位の決定である。
【0018】
次に図4のS7において図2のIc にIo を代入しLc を求め、S8においてLo とLc を比較し、Lo がLc より大きいときは、S9においてLo をLc に修正しS10へ進む。Lo がLc より大きくないときはS10へ進む。S7、S8、S9は電流とパルス幅のチェックと必要なパルス幅の修正である。
【0019】
S10においてパルス幅Lとパルスの周波数fとの優先順位を決め、パルス幅Lを優先したときはS11へ進み、パルスの周波数fを優先したときはS18へ進む。S11でパルス幅Lo とパルスの周波数fo とからデューティDo を求め、S12でデューティDo とDm の大きさを比較しデューティDo がDm より大きときはS13へ進み、大きくないときはS14へ進む。S13おいてパルス幅Lo を用いてデューティDo がDm になるようにfo を修正し、S14へ進む。S11、S12、S13はデューティのチェックと必要なパルスの周波数fo の修正である。
【0020】
S14において電源の出力の演算式Po =Ko ・Io 3/2・Lo ・fo にIo 、Lo 、fo を代入して電源の出力Po を求める。S15においてPo と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS16へ進み、Io 、Lo を用いてPo がPm になるようにfo を修正しS17へ進む。Po がPm より大きくないときはS17へ進む。S14、S15、S16は電源のパワーチェックと必要なパルスの周波数fo の修正である。S17においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々IILF 、LILF 、fILF として組合せる。
【0021】
S10においてパルスの周波数fを優先したときは、S18においてパルス幅Lo とパルスの周波数fo よりデューティDo を求め、S19においてDo とDm の大きさを比較し、Do がDm より大きいときはS20へ進み、パルスの周波数fo を用いてDo がDm になるようにLo を修正しS21へ進む。Do がDm より大きくないときはS21へ進む。S18、S19、S20はデューティのチェックと必要なパルス幅Lo の修正である。
【0022】
S21において前記の電源の出力の演算式にIo 、Lo 、fo を代入して電源の出力Po を求め、S22において電源の出力Po と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS23においてIo 、fo を用いてPo がPm になるようにLo を修正しS24へ進む。S21、S22、S23は電源のパワーチェックと必要なパルス幅Lo の修正である。S24においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々IIFL 、LIFL 、fIFL として組合せる。
【0023】
S25においてS17のIo 、Lo 、fo の組合せのIILF 、LILF 、fILF とS24のIo 、Lo 、fo の組合せのIIFL 、LIFL 、fIFL を夫々図7の1行目、2行目へ表示する。
【0024】
次に図5のS26において図2のLc にLo を代入しIc を求め、S27においてIo とIc を比較し、Io がIc より大きいときはS28においてIo をIc に修正しS29へ進む。Io がIc より大きくないときはS29へ進む。S26、S27、S28は電流とパルス幅のチェックと必要なIo の修正である。S29においてLo 、fo よりデューティDo を求め、S30においてDo とDm の大きさを比較し、Do がDm より大きいときはS31へ進み、Lo を用いてDo がDm になるようにfo を修正しS32へ進む。Do がDm より大きくないときはS32へ進む。S29、S30、S31はデューティのチェックと必要なfo の修正である。
【0025】
S32においてパルスの周波数fo と電流Io の優先順位を決め、電流Io を優先したときはS33へ進み、パルスの周波数fo を優先したときはS37へ進む。S33においてIo 、Lo 、fo を用いて電源の出力Po を求め、S34においてPo と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS35へ進み、Io 、Lo を用いてPo がPm になるようにfo を修正しS36へ進む。Po がPm より大きくないときはS36へ進む。S33、S34、S35は電源のパワーチェックと必要なパルスの周波数fo の修正である。S36においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々ILIF 、LLIF 、fLIF として組合せる。
【0026】
S32においてパルスの周波数fo を優先したときは、S37においてIo 、Lo 、fo を用いて電源の出力Po を求め、S38においてPo と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS39へ進み、パルス幅Lo とパルスの周波数fo を用いてPo がPm になるようにIo を修正しS40へ進む。Po がPm より大きくないときはS40へ進む。S37、S38、S39は電源のパワーチェックと必要なIo の修正である。S40においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々ILFI 、LLFI 、fLFI として組合せる。
【0027】
S41においてS36のIo 、Lo 、fo の組合せのILIF 、LLIF 、fLIF とS40のIo 、Lo 、fo の組合せのILFI 、LLFI 、fLFI を夫々図7の3行目、4行目へ表示する。
【0028】
次に図6のS42においてLo 、fo よりデューティDo を求め、S43でDo とDm の大きさを比較し、Do がDm より大きいときはS44へ進み、fo を用いてDo がDm になるようにLo を修正しS45へ進む。Do がDm より大きくないときはS45へ進む。S42、S43、S44はデューティのチェックと必要なLo の修正である。
【0029】
S45においてパルス幅Lo と電流Io の優先順位を決め、電流Io を優先したときはS46へ進み、パルス幅Lo を優先したときはS53へ進む。S46において図2のIc にIo を代入しLc を求め、S47においてLo とLc を比較し、Lo がLc より大きいときは、S48においてLo をLc に修正しS49へ進む。Lo がLc より大きくないときはS49へ進む。S46、S47、S48は電流とパルス幅のチェックと必要なパルス幅の修正である。
【0030】
S49においてIo 、Lo 、fo を用いて電源の出力Po を求め、S50においてPo と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS51へ進み、電流Io とパルスの周波数fo を用いてPo がPm になるようにLo を修正しS52へ進む。Po がPm より大きくないときはS52へ進む。S49、S50、S51はパワーチェックと必要なパルス幅の修正である。S52においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々IFIL 、LFIL 、fFIL として組合せる。
【0031】
S45においてパルス幅Lo を優先したときは、S53において図2のLc にLo を代入しIc を求め、S54においてIo とIc を比較し、Io がIc より大きいときはS55においてIo をIc に修正しS56へ進む。Io がIc より大きくないときはS56へ進む。S53、S54、S55は電流とパルス幅のチェックと必要な電流Io の修正である。
【0032】
S56においてIo 、Lo 、fo を用いて電源の出力Po を求め、S57においてPo と電源の最大電力Pm の大きさを比較し、Po がPm より大きいときはS58へ進み、パルス幅Lo とパルスの周波数fo を用いてPo がPm になるようにIo を修正しS59へ進む。Po がPm より大きくないときはS59へ進む。S56、S57、S58はパワーチェックと必要な電流Io の修正である。S59においてIo 、Lo 、fo の決定値を夫々IFLI 、LFLI 、fFLI として組合せる。S60においてS52のIo 、Lo 、fo の組合せのIFIL 、LFIL 、fFIL とS59のIo 、Lo 、fo の組合せのIFLI 、LFLI 、fFLI を夫々図7の5行目、6行目へ表示する。
【0033】
以上の手順によって図7には電流Io 、パルス幅Lo 、周波数fo の組合せが6組表示されるので、オペレータはその中から作業に好ましい一つの加工条件を、6個の選択スイッチ4の一つによって選択する。
【0034】
そして、加工条件の強さI、パルス幅L、周波数fの6個の組み合せの内からその一つを予め定めたもので、図7では選択スイッチ6の一つに対応するものが表示される。従って図7で選択する手間が省けることになる。
【0035】
このように、オペレータは加工条件を入力した時点で、加工条件が電源の制限項目を越えているというだけでなく、加工条件をどれだけ変更すればよいかを知ることができ、また電源の出力に余裕がある場合にはシステム全体の能力を最大限に利用することが可能になる。これらの作業はボタン操作で容易に行なうことができる。
【0036】
【発明の効果】
この発明は特許請求の範囲に記載の構成を備えているので、次のような効果を奏する。
【0037】
1.入力された加工条件に対して種々の組合わせを表示するので、適切な加工条件を選択することができる。
【0038】
2.加工条件をボタン操作で容易に設定することができるので、オペレータの操作時間と労力を短縮することができる。
【0039】
3.電源が最大出力になるような加工条件の種々の組合わせを表示することができるので、システム全体の効率を最大限に上げることが可能になる。
【0040】
4.オペレータが加工条件を入力する時に、加工条件が電源の制限項目を越えているというだけでなく、加工条件をどれだけ変更すればよいかを表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明のYAGレーザの電源の構成を示したブロック図である。
【図2】電源の電流値とパルス幅との制約関係を示した線図で、斜線部でのみ設定が可能である。
【図3】この発明の加工条件の設定方法を示したフローチャートである。
【図4】図3の結合子▲1▼に結合するのフローチャートである。
【図5】図3の結合子▲2▼に結合するのフローチャートである。
【図6】図3の結合子▲3▼に結合するのフローチャートである。
【図7】入力した加工条件I、L、fの優先順位に対応する電源の出力Io 、Lo 、fo を示した表示図である。
【符号の説明】
1 加工条件設定部
2 電源制御部
3 電源部
4 選択スイッチ

Claims (1)

  1. 加工条件設定部(1)と電源制御部(2)と電源部(3)とを備えたYAGレーザの加工条件設定装置であって、
    前記加工条件設定部(1)に備えた演算手段は、
    前記加工条件設定部(1)に備えた入力手段から入力された光の強さ(I),パルス幅(L),パルスの周波数(f)が前記電源部(3)の能力によって制限された電流の最大値(I ),パルス幅の最大値(L ),周波数の最大値(f )内であるか否かをチェックして最大値を越えているものを最大値に等しく修正する第1機能と、
    設定できる電流値と設定できるパルス幅との関係において、前記第1機能で設定された強さ(I )に基づいてパルス幅(L )を求め、電流とパルス幅をチェックしてパルス幅を修正する第2機能と、
    前記第1機能で設定された強さ(I )を固定して第2機能で求めたパルス幅(L )を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第3機能と、
    前記第1機能で設定された強さ(I )を固定し、前記第2機能でパルス幅を修正した後、周波数を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第4機能と、
    設定できる電流値と設定できるパルス幅との関係において、前記第1機能で設定されたパルス幅(L )に基づいて電流値(I )を求め、電流とパルス幅をチェックして電流を修正する第5機能と、
    前記第1機能で設定されたパルス幅(L )を固定して電流値を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第6機能と、
    前記第1機能で設定されたパルス幅(L )を固定して周波数を優先した場合におけるデューティーチェック及びパワーチェックを行い、このデューティーチェック及びパワーチェックに基づいて強さ,パルス幅,周波数を修正する第7機能と、
    前記第1機能で設定された周波数(f )を固定して、当該周波数(f )と前記第1機能で設定されたパルス幅(L )により求めたデューティー(D )のチェックを行うと共に強さを優先した場合の電流とパルス幅のチェック及びパワーチェックを行って強さ,パルス幅,周波数を修正する第8機能と、
    前記第1機能で設定された周波数(f )を固定して、当該周波数(f )と前記第1機能で設定されたパルス幅(L )により求めたデューティー(D )のチェックを行うと共にパルス幅を優先した場合の電流とパルス幅のチェック及びパワーチェックを行って強さ,パルス幅,周波数を修正する第9機能と、を備え、
    前記第3機能,第4機能,第6機能,第7機能,第8機能及び第9機能によってそれぞれ修正された加工条件としての電流,パルス幅,周波数の組合せを表示する表示手段及び表示された加工条件を選択する選択スイッチを前記加工条件設定部(1)に備えていることを特徴とするYAGレーザの加工条件設定装置
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