KR100657044B1

KR100657044B1 - 레이저 가공장치

Info

Publication number: KR100657044B1
Application number: KR1019990046758A
Authority: KR
Inventors: 사사키하루키; 카와무라코우지
Original assignee: 미야치 테크노스 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-29
Filing date: 1999-10-27
Publication date: 2006-12-15
Also published as: DE69908737T2; US6355905B1; DE69908737D1; EP0997224A1; KR20000029336A; JP2000135579A; JP3837626B2; EP0997224B1; CN1253867A

Abstract

여기(勵起)용 광원의 교환시기를 정확하게 예측 내지 고지(告知)하는 기능을 가지며, 보수성 및 생산성을 향상시킨다.

파워모니터모드에서는, 레이저 발진출력중에, 레이저 출력측정치,램프전압측정치 및 램프 전류측정치를 구하고(스텝J1), 레이저출력측정치의 시기적분치를 펄스1개분의 에너지를 구한다(스텝J2). 그리고, 일정시간(Ta)마다 펄스 1개분의 에너지 누적치를 토대로 에너지 평균치 및 레이저 출력측정치를 구해 표시함과 동시에, 펄스 1개분의 램프(Sv,S1)의 누적치를 토대로 램프 전력평균치(QM) 및 램프 전력투입율(KM)을 표시한다. 레이저 출력 피이드백제어하에서는, 레이저 발진부내의 시간이 지날수록 열화가 증대됨에 따라 램프 전력투입율(KM)이 점차 상승한다.

Description

레이저 가공장치{PROCESSING APPARATUS HAVING LASER UNIT}

도1은, 본 발명의 일실시예에 의한 레이저 가공장치의 외관을 나타내는 사시도이다.

도2는, 실시예에 있어서의 레이저 가공장치의 조작패널부의 외관을 확대하여 나타내는 부분확대 평면도이다.

도3은, 실시예의 레이저 가공장치의 구성을 블록도이다.

도4는, 실시예의 레이저 가공장치의 CPU 및 메모리에 의해 구축되는 기능수단의 구성을 나타내는 블록도이다.

도5는, 실시예의 장치로 표시되는 주요한 화면과 그들 상호간의 전환관계를 나타내는 도이다.

도6은, 실시예의 [스케쥴화면]의 표시예를 나타내는 도이다.

도7은, 실시예의 스케쥴 모드에 있어서의 CPU의 메인 처리순서를 나타내는 도이다.

도8은, 실시예에 있어서 [스테이터스 화면]의 표시예를 나타내는 도이다.

도9는, 실시예의 [파워모니터 화면]의 [온] 표시모드의 표시예를 나타내는 도이다.

도10은, 실시예의 [파워모니터 화면]의 [오프] 표시모드의 표시예를 나타내는 도이 다.

도11은, 실시예의 파워 모니터 모드에 있어서의 CPU 메인의 처리순서를 나타내는 사시도이다.

도12는, 실시예의 [경보메시지 화면]의 표시예를 나타내는 도이다.

- 도면부호의 설명 -

14;조작패널 22; 액정표시 디스플레이

40; 레이저발진부 42; 레이저 전원부

46; 제어부 48; 입출력 인터페이스부

74; 레이저출력 측정부 76;전압측정회로

80; 전류측정회로 82; 전류센서

92; 제어신호생성부 94; 연산부

96; 데이터 관리부 98; 측정치 기억부

100; 설정치 기억부 102; 화상포맷 기억부

104; 표시출력부

본 발명은, 레이저의 여기(勵起)수단에 광원을 사용하는 레이저 가공장치에 관한 것이다.

고체레이저를 사용하는 레이저 가공장치의 레이저 발진부는, 고체 레이저매체 예를 들면 YAG(yttrium aluminum garnet)로드와, 여기(勵起)용광원 예를 들면, 여기램프와, 고체 레이저 매체의 광축상에 배치된 한쌍의 광공진기 밀러로 구성된다.

레이저 전원부로부터 전력을 받아 여기램프가 점등하면, 그 광에너지로 YAG로드가 여기(勵起)되며, YAG로드의 양단면으로부터 광축상으로 나온 빛이 광공진기밀러의 사이에서 반사를 거듭하여 증폭된 후 레이저광으로서 출력밀러를 빠져나온다. 출력밀러로부터 빠져나온 레이저광은, 소정의 전송광학계를 통하여 가공장소의 출사유니트로 보내지고, 출사유니트로부터 피가공물을 향해 조사되도록 되어있다.

상기와 같은 레이저 발진부에서는, 레이저 발진동작이 회수를 거듭함에 따라 여기램프의 열화나 YAG로드 혹은 광공진기밀러의 오염등에 의해 레이저 발진효율이 저하되어 간다.

레이저 발진부내의 그와같은 시간 경과에 따른 열화에 대하여 레이저광의 레이저출력을 설정치로 유지하기 위해서는, 레이저 전원부에 레이저 출력 피이드백 기능을 설치하는 것이 통례이다. 이러한 피이드백 기능에 있어서는, 광센서등을 사용하여 레이저광의 레이저 출력(광강도)을 측정하고, 레이저 출력측정치를 레이저 출력설정치와 일치시키도록, 여기램프에 공급하는 전력, 전류 또는 전압을 제어한다.

상기와 같은 레이저 출력 피이드백 기능에 의해, 레이저 발진부의 시간경과에 따른 열화가 보상되며, 레이저광의 레이저 출력은 설정치로 유지된다.

그렇지만, 시간경과에 따른 열화가 커짐에 따라 레이저 발진부로부터 발진출력되는 레이저광의 레이저출력과 레이저전원부로부터 여기램프에 투입(공급)되는 전력과의 갭(오차)은 확대된다. 즉, 레이저 발진부의 시간경과에 따른 열화를 보상하는 만큼의 전력이 점차 증대한다.

이처럼, 레이저 발진부의 시간경과에 따른 열화가 커짐에 따라 램프 투입전력이 증대하는 것이지만, 여기(勵起) 램프에도 투입전력에 한계치가 있으며, 이 한계치를 초과하면, 여기 램프가 파괴되며(통상은 램프의 유리관이 깨짐), 레이저 발진이 정지된다.

대부분의 경우, 이 시점에서 여기 램프의 교환이 이루어진다. 이 램프 교환에서는, 구 여기램프의 깨진 유리관의 파편을 깨끗하게 제거하지 않으면 안되고, 작업에 있어서 품이 많이 들었다.

더구나, 여기 램프의 파괴에 의해 레이저 가공이 예기치 않게 갑자기 중단해버리므로 생산성의 저하를 초래했다.

본 발명은, 이러한 종래의 문제점에 감안하여 이루어진 것으로, 여기용 광원의 교환시기를 정확하게 예측내지 고지(告知)하는 기능을 가지며, 보수성 및 생산성을 향상시키는 레이저 가공장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 의 레이저 가공장치는, 여기용 광원으로부터 발사되는 광에너지로 고체 레이저 매체를 여기하여 레이저광을 발진출력하는 레이저 발진부와, 상기 여기용 광원에 전력을 공급하는 레이저 전원부와, 상기 여기용 광원에 공급되는 전력을 측정하는 투입전력측정수단과, 상기 여기용 광원에 대해 투입전력의 한계치를 설정하는 투입전력 한계치설정수단과, 상기 투입전력 측정수단으로부터 투입전력 측정치를 구하고, 상기 투입전력 한계치에 대한 상기 투입전력 측정치의 비율을 구하는 전력투입율 연산수단과, 상기 전력투입율 연산수단으로 구해진 상기 비율을 표시출력하는 전력투입율 표시수단을 구비하는 구성으로 하였다.

본 발명의 제 2 의 가공장치는, 상기 제 1 의 레이저 가공장치에 있어서,

상기 비율에 대해 소망의 상한치를 설정하기 위한 전력투입율 상한치 설정수단과, 상기 전력투입율 수단으로 구해진 상기 비율이 상기 상한치 이상으로 되었을 때에 소정의 경고신호를 출력하는 경고신호출력수단을 구비하는 구성으로 하였다.

본 발명의 제 3 의 레이저 가공장치는 상기 제 2 항의 레이저 가공장치에 있어서, 상기 경고신호에 따라 소정의 경고정보를 표시출력하는 경고표시수단을 구비하는 구성으로 하였다.

본 발명의 제 4 의 레이저 가공장치는, 상기 제 2 의 레이저 가공장치에 있어서, 상기 경고신호에 따라 레이저 발진을 정지시키는 레이저 발진정지수단을 구비하는 구성으로 하였다.

본 발명의 제 5 의 레이저 가공장치는, 상기 제1 내지 제 4 항 어딘가의 기재의 레이저 가공장치에 있어서, 상기 레이저광에 대해 소망의 레이저 출력을 설정하는 레이저 출력설정수단과, 상기 레이저광의 레이저 출력을 측정하는 레이저 출력측정수단과, 상기 레이저출력 측정수단으로부터 얻어지는 레이저 출력측정치를 상기 레이저 출력설정수단으로부터 인가되는 레이저 출력 설정치를 비교하여 비교오차를 구하는 레이저 출력비교수단과, 상기 레이저 출력측정치가 상기 레이저 출력설정치에 일치하도록 상기 비교오차에 따라 상기 여기광원에 공급되는 전력, 전류 또는 전압을 제어하는 레이저출력 제어수단을 구비하는 구성으로 하였다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 2 에, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 가공장치의 외관의 구성을 나타낸다. 도 1 은 장치전체의 사시도, 도2 는 장치조작 패널의 부분확대평면도이다.

도 1 에 있어서, 이 레이저 가공장치는, 상기 유니트(10)와 하부유니트(12)를 일체로 결합하여 이루어진다. 상부유니트(10)의 내부에는, 레이저 발진부, 제어부, 멀티포지션 가공용의 레이저 분기부등이 수납되어 있다. 상부유니트(10)의 전면에는, 각종 설정치, 측정치등을 설정입력/표시출력하기 위한 디스플레이 및 각종 키 스위치류를 포함하는 조작패널(14)이나 전원 공급상태, 고전압공급상태, 충전완료상태등을 점등표시하기 위한 LED(15)군등이 설치되어 있다. 상부 유니트(10)의 상면에는 멀티포지션 가공용의 복수개의 광화이버(도시하지 않음)를 각각 통과하기 위한 공(개구)(16)이나 광화이버 설치작업용의 개폐뚜껑(18)등이 설치되어 있다.

하부유니트(12)의 내부에는, 전원부의 전력부, 외부접속단자, 블레카 및 냉각부의 탱크, 펌프, 열교환기, 이온교환수지, 필터, 외부배관접속단자등이 수용되어 있다. 하부유니트(12)의 전면 패널(20)은 문으로 되어 있다.

도 2 에 있어서, 조작패널(14)의 중앙부에 플랫패널형 디스플레이 예를 들면, 액정표시 디스플레이(22)가 배치되며, 그 아래에 여러 가지의 기능키(24-38)가 배치되어있다. 이 실시예에서는, 커서키(24)(24a-24d), (+)키 (26),(-)키(28), 입력키(30), 메뉴키(32), 시작버튼(34), 리셋버튼(36) 및 비상정지버튼(38)이 설치되어 있다.

커서키(24, 24a-24d)는, 화면상에서 커서를 상하좌우 방향으로 이동시키기 위한 키이며, 각 키 24a-24d를 누르면 그 키가 나타내는 화살표 방향으로 커서가 이동하도록 되어 있다.

(+)키(26) 및 (-)키(28)는 데이터입력키이며, 후술하는 바와같이, 수치항목에 대한 수치(십진수)의 입력, [온,오프]항목에 대한 [온]또는 [오프]의 선택, [픽스/프리(FIX/FREE)]항목에 대한 [픽스] 또는 [프리]의 선택등에 사용된다.

입력키(30)는, 커서위치의 표시데이터를 확정된 설정데이터로서 구하기 위한 키이다. 메뉴키(32)는 장치의 화면모드를 선택하기 위한 키이다.

시작버튼(34)은 본장치를 구동시켜 펄스 레이저광을 출사(발사)시키기 위한 키이다. 리셋버튼(36)은 트러블 발생시에 디스플레이(22)에 표시되는 [트러블화면](도시하지 않음)을 해제하기 위하여 사용된다. 스톱버튼(38)은 비상시에 조작되는 버튼이며, 이 버튼이 눌리면, 고전압이 끊기고, 냉각부도 정지하도록 되어 있다.

도 3 은, 이 레이저 가공장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 본 실시예의 레이저 가공장치는, 레이저 발진부(40), 레이저 전원부(42), 레이저 냉각부(44), 제어부(46) 및 입출력인터페이스부(48)로 구성되어 있다.

레이저 발진부(40)는, 챔버(50)내에 배치된 여기용 광원 또는 여기램프(52) 및 레이저 매체 예를 들면, YAG로드(54)와 챔버(50)외에 YAG로드(54)의 광축상에 배치된 한 쌍의 광공진기 밀러(56),(58)를 가지고 있다.

여기 램프(52)가 점등하면, 그 광에너지로 YAG로드(54)가 여기되며, YAG로드(54)의 양단면으로부터 광축상에 나온 빛이 광공진기밀러(56,58)의 사이에서 반사를 거듭하여 증폭된 후 펄스 레이저광(LB)으로서 출력밀러(56)를 빠져나온다. 출력밀러(56)로부터 빠져나온 펄스 레이저광(LB)은, 레이저 분기부(도시않음)로 보내지고, 거기서 여러개의 분기 펄스 레이저광으로 분할된다. 그리고 각각의 분기 펄스 레이저광이 각 광화이버(도시않음)를 통하여 가공장소의 각 출사유니트(도시않음)로 보내지고, 각 출사유니트로부터 피가공물을 향하여 조사되도록 되어 있다.

레이저전원부(42)는, 레이저 발진부(40)에 공급할 레이저 발진용의 전력을 축적하는 콘덴서(60)와, 상용교류 예를 들면, 삼상 교류 전원전압(U,V,W)을 직류로 교환하여 콘덴서(60)를 소정의 직류 전압으로 충전하기 위한 충전회로(62)와, 콘덴서(6)와 레이저 발진부(40)의 여기램프(52)와의 사이에 접속된 스위칭 소자 예를 들면, 트랜지스터(64)와, 이 트랜지스터(64)를 고주파수(예를 들면 10kHz)로 스위칭 구동하는 구동회로(66)를 포함한다.

레이저 냉각부(44)는, 레이저 발진부(40)의 여기램프(52) 및 YAG로드(54)로부터 발생되는 열을 레이저 발진부(40)의 밖으로 방열하기 위한 것으로, 레이저 발진부(40)에 소정 온도로 조절된 냉각매체 예를 들면 냉각수(CW)를 공급하도록 구성되어 있다.

제어부(46)는, 장치전체 내지 각부의 동작을 제어하기 위한 CPU(마이크로 프로세서)(70)와, 이 CPU(70)에 소정의 처리를 행하게 하기 위한 각종 프로그램 및 각종 설정치 또는 연산데이터를 보유하기 위한 메모리(72)와, 펄스레이저광(LB)의 레이저출력 또는 이것에 대응하는 레이저 전원부(42)내의 전기적 파라메터를 계측하기 위한 각종 계측수단(74-82)을 포함한다.

이들 계측수단 중, 레이저 출력측정부(74)는, 광공진기 밀러(58)의 후방으로 새어나오는 레이저광(LB')을 수광하는 포토센서와, 이 포토센서로부터 출력되는 전기신호를 토대로 펄스 레이저광(LB)의 레이저 출력을 구하는 측정회로를 가지고 있으며, 구한 레이저 출력측정치(SL)를 CPU(70)에 인가한다.

전압측정회로(76)는, 전압센스선(78)을 통하여 여기램프(52)의 양단자에 전기적으로 접속되어 있으며, 전원부(42)로부터 여기 램프(52)에 인가되는 전압(램프전압)을 예를 들면 실효값으로 측정하고, 구한 램프 전압측정치(SV)를 CPU(70)에 인가한다. 또한, 전류측정회로(80)는, 전원부(42)의 램프 전류 공급회로에 설치되어 있는 전류센서 예를 들면, 홀CT(82)로부터 전류 검출신호를 받아들이고, 여기 램프(52)에 공급되는 전류(램프전류)I를 실효값으로 측정하고, 구한 램프 전류 측정치(SI)를 CPU(70)에 인가한다.

CPU(70)는 전원부(42)에 대해서는, 콘덴서(60)를 설정전압으로 충전시키기 위한 충전 제어신호(CF)를 충전회로(62)에 부여함과 동시에, 파형제어용의스위칭 제어신호(SW)를 구동회로(66)에 인가한다.

본 실시예의 파형제어에 있어서, CPU(70)는 레이저 출력측정부(74)로부터의 레이저 출력측정치(SL), 전압측정회로(76)로부터의 램프 전압측정치(SV)또는 전류측정회로

(80)로부터의 램프 전류 측정치(SI),혹은 램프전압측정치(SV) 및 램프 전류측정치(SI)로부터 구한 램프 전력측정치(SP)(SV.SI)를 미리 설정되어 있는 파형 제어용의 기준파형과 비교하여 비교오차를 구하고, 이 비교오차를 영으로 하도록, 예를 들면 펄스폭 제어신호로 이루어지는 스위칭 제어신호(SW)를 생성한다.

이와같은 피이드백 제어방식에 의해, 레이저 발진부(40)로부터 발진출력되는 펄스 레이저광(LB)의 레이저 출력 또는 이것에 대응하는 레이저 전원부(42)의 전기적 파라메터(램프 전류, 램프전력, 램프전압)가 각 파형제어용의 기준파형을 따르도록 제어된다.

입출력/인터페이스부(48)는, 입력부(84), 표시부(86) 및 통신 인터페이스회로

(I/F)(88)등을 포함하고 있다. 입력부(84)는 조작패널(14)의 키 스위치군으로 구성되며, 표시부(86) 및 장치 전면부의 LED 군이나 디스플레이(22)로 구성되어 있다. I/F(88)은, 외부의 장치 또는 유니트와의 데이터 통신에 사용된다.

한편, 조작패널(14)을 장치본체로부터 분리가능한 유니트(프로그램 유니트)로서 구성하는 것도 가능하다. 그 경우, 이 프로그램 유니트는 CPU(70), 메모리(72), 입력부(84) 및 표시부(86)를 구비하고, 통신 케이블을 통하여 장치본체측과 전기적으로 접속되게 된다.

도 4 에, 본실시예에 있어서 CPU(70) 및 메모리(72)에 의해 구축되는 기능적수단의 구성을 블록도로서 표시한다. 도시하는 바와같이, 입력버퍼부(90), 제어신호생성부(92), 연산부(94), 데이터관리부(96),측정치 기억부(98), 설정치기억부

(100), 화상포맷기억부(102) 및 표시출력부(104)가 CPU(70) 및 메모리(72)에 의해 구성된다.

입력버퍼부(90)는, CPU(70)에 입력되는 데이터, 예를들면 입력부(84)로부터의 설정 데이터, 통신 인터페이스 회로(88)로부터의 외부 데이터, 냉각부(44)또는 계측회로(74,76,80)로부터의 측정치 데이터등을 수취하여 일시적으로 보호유지한다.

연산부(94)는 CPU(70)에 구해지는 일체의 연산처리를 실행한다. 제어신호 생성부(92)는 CPU(70)로부터 외부에 대한 일체의 제어신호를 발생한다. 데이터 관리부(96)는 CPU(70) 및 메모리(72)내의 데이터의 보존, 이동의 일체를 관리한다.

측정치 기억부(98)는 CPU(70)에 입력된 측정치 데이터를 보호유지하고, 설정치 기억부(100)는 CPU(70)에 입력된 설정치 데이터 혹은 CPU(70)내에서 연산에 의해 구해지는 설정치 데이터를 보호유지한다.

화상포맷 기억부(102)에는, 디스플레이(22)로 표시되는 여러 가지의 화면중에서 표시내용이 고정되어 있는 정형부분의 화상을 나타내는 화상 데이터가 축적되어 있다. 표시출력부(104)는 화상포맷 기억부(102)로부터 인가되는 정형 화상에 데이터 관리부(96)로부터의 설정치등의 변수의 화상을 포개어 합성화면을 조립하고, 이 합성화면의 화상데이터를 표시부(86)에 출력한다.

도 5 에, 본 실시예에 있어서 디스플레이(22)로 표시되는 주요한 화면과 그들 화면 상호의 전환관계를 나타낸다.

본 실시예에서는 사용자에게 각종 설정항목에 대해 소망의 설정치를 입력시키기 위한 [스케쥴 화면]①, 장치내의 주요한 스테이터스 정보를 표시하는 [스테이터스 화면]② 및 직전에 발사된 펄스 레이저광(LB)에 대해서의 레이저 출력측정치를 표 시하는 [파워모니터 화면]③ 의 3개의 주요한 화면이며, 그 중에서도 [파워모니터]③가 특히 중요한 화면이다. 이들 3개의 모드의 화면①,②,③은, 메뉴키(32)의 조작에 의해 도 5 에 도시하는 바와같이 상호간에 전환가능하다.

도 6 에 [스케쥴화면]의 표시내용예를 나타낸다. 도 7 에 [스케쥴 화면]의 모드에 있어서의 CPU(70)의 메인 처리 순서를 나타낸다.

한편, 도 6 에서는, 도면의 이해를 돕기위하여, 화면중에서 설정입력가능한 항목을 점선으로 싸고 있다. 실제 화면에서는 이들의 점선은 표시되지 않는다. 또한 음영(그림자)문자 또는 굵은글자로 표시되는 수치는, 각종 설정치이며, 키입력으로 설정하거나 변경할 수 있는 것은 아니다. 후술하는 도 8, 도 9 및 도 10에서도 마찬가지이다.

스케쥴 모드에서는, 먼저, 전회의 스케쥴모드의 종료직전에 표시되었던 [스케쥴 화면]을 디스플레이(22)로 표시한다(스텝 B1). 이 표시된 [스케쥴 화면]에 있어서, 사용자는 조작패널(14)상의 키버튼군(24-38)으로부터의 키입력에 의해, 소망의 설정치 입력이나 장치로의 동작지시를 할 수 있다(스텝B2).

즉, 커서를 각항목의 데이터 입력위치로 이동시키고(스텝B6), (+)키(26) 또는 )(-)키(28)을 조작하여 소망의 수치로 맞추고(스텝B3,B4), 입력키(30)를 누르면 된다.

입력키(30)의 키입력에 응동하여, CPU(70)는 커서로 지시되어 있는 당해 데이터 입력위치의 입력표시데이터의 종류에 따른 키입력 실행처리를 실행한다(스텝B5).

도시의 예에서는, 파형제어용의 기준파형을 설정입력하기 위하여, 레이저 출력 기준치[피이크(PEAK)] 및 파형요소 [↑슬로프(SLOPE)],[플레쉬1(FLASH1)],[플레쉬2

(FLASH2)],[플레쉬3(FLASH3)],[↓슬로프(SLOPE)]의 각항목에 소망의 수치데이터를 설정 입력하도록 되어있다.

이들의 항목중, 레이저 출력 기준치[피이크(PEAK)]에는, 임의의 레이저 출력치를 kW단위로 설정입력할 수 있다. 당연히, 통상은 당해 스케쥴번호로 발사시킬 펄스레이저광(LB)에 인가하고 싶은 레이저 출력의 최대치 부근에서 비율계산의 기준에 적합한 값(예를 들면10,20,50,100,1000등)이 선택되면 좋다.

상승구간 [↑슬로프(SLOPE)] 및 하강구간[↓슬로프(SLOPE)]에 대해서는 시간 ↑t,↓t만이 설정입력된다. 플래쉬구간[[플레쉬1(FLASH1)],[플레쉬2(FLASH2)],[플레쉬3

(FLASH3)]에 대해서는, 각 구간의 시간 t1,t2,t3과 함께, 구간마다의 레이저 출력치가 레이저 출력 기준치[피이크(PEAK)]에 대한 비율치(p1,p2,p3)로서 설정입력된다.

기준파형 설정용의 각 항목에는 수치가 입력된다. 사용자는, 커서를 각 항목의 데이터 입력위치로 이동시키고, (+)키(26) 또는 (-)키(28)을 조작하여 소망의 수치로 맞추고, 입력키(30)를 누르면 된다 그들의 키 조작에 응동하여 CPU(70)는 수치입력 표시처리(스텝B3,B4) 및 설정처리(스텝B5)를 실행하고, 입력한 각 설정치의 데이터를 설정치 기억부(100)내의 소정의 기억번지에 저장한다.

도 6 에 도시하는 설정예에서는, 레이저 출력기준치[피이크(PEAK)]를 10.0(kW)으로 설정하고, 플래쉬구간[[플레쉬1(FLASH1)],[플레쉬2(FLASH2)]

,[플레쉬3(FLASH3)]의 레이저 출력치(kW)를 각각10.0(kW),2.5(kW),5.0(kW)으로 설정한 것이 된다.

CPU(70)는 상기와 같은 파형 요소항목의 수치 설정처리중에서, 파형제어용의 기준파형 및 표시용의 기준파형 그래프를 작성한다. 그리고 생성된 기준파형 그래프의 데이터를 설정치 기억부(100)의 소정의 기억영역으로 축적한다. 더욱이, 기준파형 그래프의 각부의 레이저 출력비율(r)에 레이저 출력 기준치[피이크(PEAK)]를 승산(환산)하여, 파형제어용의 본래의 기준파형을 구하고, 이 기준파형 데이터도 설정치 기억부(100)의 소정의 기억영역으로 축적한다.

[스케쥴]화면에서는, 상기와 같은 기준파형의 설정 입력만이 아니라, 펄스레이저광(LB)의 반복주파수[리피트(REPEAT)] 및 쇼트수[쇼트(SHOT)]의 설정입력도 상기와 마찬가지의 사용자 조작(키입력 조작) 및 장치동작(설정처리)에 의해 이루어진다. 한편, 쇼트수란, 1회의 기동신호에 대해 발사되는 일련의 펄스 레이저광(LB)의 총수이다.

도 8 에 [스테이터스화면]의 표시내용예를 나타낸다. [스테이터스화면]에서는, 멀티포지션 가공용의 복수개 예를 들면, 6개의 분기펄스 레이저광(빔-1 - 빔-6)에 대한 셔터의 온/오프상태, 레이저 출력파형제어로 현재 선택되어 있는 피이드백·파라메터(레이저출력(LASER POWER))램프출력(LAMP POWER)/램프전류(LAMP CURRENT)그밖의 주요한 스테이터스 정보가 표시된다.

도 9 및 도 10 에 [파워모니터 화면]의 표시내용예를 나타낸다. 도 11 에 파워모니터 모드에 있어서의 CPU(70)의 메인 처리 순서를 나타내고, 도 12 에 파워모니터 모드의 [경보 메시지 화면]을 나타낸다.

[파워모니터]화면에서는, 직전에 발사된 펄스 레이저광의 에너지(J), 평균출력(W) 의 측정치등이 표시된다.

통상은 1회의 시작버튼(34)의 누름조작에 따라, 미리 스케쥴 모드에서 설정된 개수[쇼트(SHOT)]에 도달할 때 까지 펄스 레이저광이 일정한 사이클[리피트(REPEAT)]로 반복 발사된다.

스케쥴 모드에서 시작 버튼(34)이 눌리면(스텝B7), 혹은 외부장치(도시하지 않음)로부터 IF88을 통하여 기동신호가 입력되면, CPU(70)는 펄스 레이저광(LB)의 발사를 개신한다. 외부장치로부터의 기동신호는 레이저 발사의 개시를 지시함과 동시에, 스케쥴 번호를 지정한다.

CPU(70)에 있어서는, 먼저 데이터 관리부(96)가, 지금 선택된 스케쥴번호에 관한 각종 조건 또는 항목의 설정치 및 스테이터스 정보의 각종 설정치를 설정치 기억부(100)내의 소정의 기억위치로부터 판독하여 각부의 소정의 레지스터 카운터등으로 셋트한다.

그리고, [스테이터스 화면]에서 지정된 피이드백 제어방식에 따라, 입력버퍼부(90), 제어신호생성부(92), 연산부(94)등에 의해 소정의 고주파수로 레이저 출력 파형제어용의 스위칭 제어신호(SW)를 생성하고, 구동회로(66)를 통하여 트랜지스터(64)를 스위칭 제어한다.

이와같은 파형제어와 병행하여, 표시부(86)의 디스플레이상에는 [파워모니터 화면]가 표시되며, CPU(70)에서는 연산부(94), 데이터 관리부(96) 및 측정치 기억부(98)등에 의해 도11에 도시하는 바와같은 순서로 모니터링이 실행된다.

이 모니터링에 있어서, CPU(70)는 레이저 발진부(40)으로부터 펄스 레이저광(LB)이 발진 출력되어 있는 동안은, 레이저 출력 측정부(74)로부터의 레이저 출력측정치

(SL), 전압측정 회로(76)로부터의 램프전압측정치(SV) 및 전류측정 회로(80)로부터의 램프 전류측정치(SI)를 구하고(스텝J1), 레이저 추력 측정치(SL)의 시간적분치를 토대로 펄스 1개분의 에너지를 구한다(스텝J2).

그리고, 일정시간(Ta) 예를 들면 1초간격으로(스텝J3),상기 펄스 1개분의 에너지의 누적치를 토대로 에너지 평균치[에너지(ENERGY)] 및 레이저 출력 평균치[에버리지(AVERAGE)]를 연산하여 구하고, 이들의 모니터값을 [파워모니터화면]의 좌측절반의 영역내로 표시한다(스텝J4).

더욱이, 상기 펄스 1개분의 램프 전력(SV,S1)의 누적치를 토대로 램프 전력 평균치(QM) 및 전력투입률(KM)을 연산하여 구한다(스텝J5).

여기서 전력투입율(KM)은, 여기램프(52)에 대해 미리 메모리(72)에 (설정등록)되어 있는 램프투입 전력한계치(QL)에 대한 램프전력평균치(QM)의 비율(QM/QL)로 정의된다. 한편, 본 레이저 가공장치의 형식마다에 여기 램프(52)의 종류가 정해져 있으며, 그 램프투입전력 한계치(QL)도 특정되어 있다.

본 실시예의 [파워모니터 화면]에서는 화면최상단의 행의 파형선택항목[MW]으로 [온]혹은[오프]의 어느것인가의 표시모드가 표시되어 있는것인지를 판별한다

(스텝J6).

[오프]의 표시모드가 지시되어 있을 때는 도10 에 도시하는 바와같이, 화면의 우측절반의 영역에 에너지 평균치의 상한 및 하한 감시값[하이],[로우]와 함께 램프전력 투입율[램프(LAMP INPUT PWR)]의 항목을 표시하고, 이 [램프(LAMP INPUT PWR)] 의 측정치로서 상기 램프전력투입율(KM)을 %값으로 표시한다(스텝J7).

더욱이, 이 [오프(OFF)]모드에서는, 램프전력투입율(KM)에 대해 사용자가 희망하는 임의의 상한치(KS)를 [레퍼런스 셋(REFERENCE SET)]항목으로 설정표시한다. 램프전력 투입율 상한치(KS)의 설정표시는, 스케쥴 모드의 스텝(B2-B6)과 마찬가지의순서로 실행해도 좋다. 통상, 램프 전력투입율 상한치(KS)는, 램프투입전력한계치(QL)에 상당하는 최대치(100%)보다도 어느정도 낮은 값 예를 들면 95%로 선택하면 된다.

상기 표시에 첨가하여 램프전력 투입율(KM)과 상한치(KS)와의 대소관계를 판정한다(스텝J9). 새로운 여기 램프(52)로 교환하여 잠시동안은 피이드백 기능,특히 레이저출력 피이드백 기능에 있어서, 소망의 레이저 출력을 얻기 위하여 여기 램프(52)에 투입되는 전력은 레이저 출력 설정치에 근사한 값을 유지하고, 램프 투입전력 한계치(QL)로부터 상당히 작은 것이 보통이며, 따라서 KM 〉KS 이다.

이 판정결과(KM〉KS)가 얻어졌을 때는, 램프 투입전력이 안전 범위내에 있다고 판정하고, 펄스레이저광(LB)의 발사회수(N)가 설정수[쇼트(SHOT)]에 달할 때까지 상기의 처리(J1-J9)의 반복한다(스텝J10,J11).

그러나, 여기 램프(52)의 교환후에 레이저 발진의 회수를 거듭하면 램프의 열화나 YAG로드(54)혹은 공진기밀러(56),(58)의 오염등에 의해 레이저 발진효율이 점차 저하한다. 그리고, 레이저 출력 피이드백 기능하에서는, 그와같은 레이저 발진부(40)내의 시간경과에 따른 열화가 증대함에 따라, 레이저광(LB)의 레이저 출력을 설정치로 유지하기 위하여 레이저 전원부로부터 여기 램프에 투입(공급)되는 전력이 점차 증대한다.

따라서, 레이저 발진부(40)내의 시간경과에 따른 열화가 증대함에 따라 램프 전력투입율(KM)은 점차 상승한다. 그리고, 다음에는 KM가 최대치(100%)의 순서로 상한치(KS)에 달할 때까지 혹은 KS를 초과한다.

이 조건(KM≥KS)가 성립되었다면, CPU(70)는 즉각 레이저 발진을 멈춘다(스텝(J9,

J12). 따라서, 이 시점에서 레이저가공도 정지하게 된다.

이어서, 표시부(86)의 디스플레이상에서 [파워모니터 화면]을 도12에 도시하는 바와가은 [경보 메시지 화면]으로 전환한다(스텝J13). 이 [경보메세지 화면]에서는, 사용자에게 정지의 원인 즉 램프 투입전력이 한계치에 가까워졌음을 알림과 동시에 여기램프(52)의 점검 또는 교환을 재촉한다.

[파워 모니터화면]로, 파형선택항목[MW]에 [온(ON)]이 설정 입력된 때는, 도9에 도시하는 바와같이, 화면의 우측 절반의 영역에 펄스 레이저광(LB)의 레이저 출력파형(측정치)를 나타내는 파형도를 표시한다(스텝J8).이 파형도는, 레이저 출력 측정치(74)로부터의 레이저 출력 측정치(SL)를 토대로 CPU(70)에 있어서 연산부(94)에 의해 소요의 데이터 처리를 하여 얻어지는 것이며, 특정치 기억부(98)에 축적되어 있다.

이[온(ON)] 표시모드에서는, 램프 전력 투입율(KM') 및 상한치(KS)를 모두 표시하지 않는다. 그러나, 양자(KM,KS)의 대소관계의 판정은 이루어진다(스텝J9). 따라서, KM≥KS의 판정 결과가 얻어졌을 때는, 상기[오프(OFF)]표시모드의 경우와 마찬가지로 즉각 레이저 발진이 정지하고(스텝J12), 도12 의 [경보 메시지 화면]이 표 시된다(스텝 J16).

상기와 같이 본 실시예에서는, 펄스 레이저광(LB)이 발진출력될 때, 사용중의 여기 램프(52)의 램프 투입전력의 한계치(QL)에 대한 현재의 레이저 추력 평균치(QM)의 비율(램프 전력투입비율)(KM)이 일정기간(Ta)별로 구해진다.

사용자는, 레이저 발진부(40)내의 시간경과에 따른 열화가 증대됨에 따라 램프 전력투입 비율(KM)이 점차 상승하는 모양을 [파워모니터 화면]의 [오프(OFF)]표시모드에서 눈으로 확인(인식)할 수 있다. 특히, 레이저 출력 피이드백 기능에 있어서 램프 전력투입비율(KM)이 현저하게 상승하는 모양을 인식할 수 있다.

따라서, 램프 전력투입비율(KM)이 자기가 설정한 상한치(KS)에 도달하기 전의 알맞은 때로, 레이저가공 동안이라도, 여기램프(52)의 교환을 할 수 있다. 이것에 의해 여기램프(52)의 파괴를 방지하고, 예기치 돌연의 레이저 발진의 정지 및 레이저가공의 정지를 회피할 수 있다. 한편, 램프교환시에는 YAG로드(54)의 단면이나 광공진기밀러(56)(58)등의 크리닝도 아울러 이루어진다.

또한, 레이저 발진부(40)내의 시간경과에 따른 열화를 수반하여 램프전력투입비율(KM)이 점차 상승하는 것을 그대로 방치 또는 간과하더라도 램프투입전력투입전력(KM)이 램프투입전력한계치(QL)에 상당하는 최대치(100%)에 도달하기 직전의 상한치(Ks)에 도달한 시점에서, 장치가 자동적으로 레이저 발진을 정지하고 정지의 원인을 알리는 경고메세지를 표시하도록 했기 때문에 여기램프(52)의 파괴를 초래하지 않고, 사용자에게 램프교환을 알릴수 있다.

상기한 실시예에서는, 일정기간(Ta)마다의 램프투입전력 평균치(QM)를 램프전력 투입비율(KM)을 구하기 위한 램프투입 측정치로 하였지만, 램프투입전력의 이동평균치를 램프투입전력 측정치로도 좋고, 혹은 램프투입전력의 실효치나 모든 레이저 발진기간의 평균치등을 사용해도 좋다.

상기한 실시예에서는 레이저 가공조건을 스케쥴단위로 관리하고 있으며, [스케쥴화면] 또는 [파워모니터화면]에서 스케쥴항목[SCH.#]으로 설정입력하는 스케쥴번호를 바꾸면, 레이저가공조건 특히 레이저 출력설정치가 변하며, [파워모니터화면]에서 표시되는 램프전력투입비율(KM)[LAMP IN PUT PWR]의 값이 바뀌는 수가 있다.

즉, 레이저출력 설정치가 높아지면, 여기램프(52)에투입되는 전력도 그에 비례하여 증가하기 때문에 램프전력투입 비율(KM)은 상승한다. 역으로, 레이저 출력 설정치가 낮아지면, 여기 램프(52)에 투입되는 전력도 그에 비례하여 감소하여, 램프전력투입비율(KM)은 내려간다.

어떤 경우이든간에, 동일한 레이저 출력설정치의 하에서는, 레이저 발진부(40)의 시간경과에 따른 열화의 증대에 따라 램프 전력투입비율(KM)은 단조증가한다. 따라서, 사용자는 KM의 값이 증가하는 모양을 감시하는 것으로, 여기 램프(52)내지 레이저 발진부(40)의 부품 교환수리 또는 크리닝 작업등을 적절한 시기에, 또한 레이저 가공동안 가장 적당한 때에 행할 수가 있다.

상기 실시예에서는, 램프전력투입비율(KM)을 %수치로 디지털 표시하였지만, 아나로그표시도 가능하며, 혹은 도형 형식으로 표시할 수도 가능하다. 램프 전력투입비율 상한치(Ks)에 대해서도 마찬가지이다. 또한 도12의 [경고 메시지화면]의 표시내용은 일예이며, 여러 가지의 변형이 가능하며, 메시지로 바꾸어 소정의 경보램프 를 점등하는 구성으로 해도 좋다.

상기 실시예의 [스케쥴화면]의 표시내용도 일예이며, 표시내용만이 아니라 레이저 출력파형의 설정방법에 대해서도 여러 가지의 변형이 가능하다.

설정치 입력수단으로서 마우스나 탭렛등을 사용할 수 있다. 레이저 발진부의 여기 광원은 여기 램프로 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 반도체 레이저라도 좋다.

상기한 멀티 포지션 가공시스템은 일예이며, 레이저 발진부로부터의 레이저광을 분기하지 않고 그대로 광화이버에 입사해도 좋다. 상기 실시예에서는 펄스 레이저 가공장치에 관한 것이었지만, 본 발명은 연속발진의 레이저 가공장치나 파형 제어기능을 갖지않는 레이저 가공장치등에도 적용가능하다.

이상, 설명한 바와같이, 본 발명의 레이저 가공장치에 따르면,

레이저 발진부내의 여기용광원에 대해 투입전력의 한계치에 대한 투입전력 측정치의 비율(전력 투입율)을 구하고, 이 구한 비율을 표시출력함으로서, 여기용광원의 교환시기를 정확히 예측 내지 고지(告知)하고, 여기용 광원등의 보수성 및 레이저 가공의 생산성을 크게 향상시킬 수 있다.

Claims

여기(勵起)용 광원으로부터 발사되는 광에너지로 고체 레이저매체를 여기하여 레이저광을 발진출력하는 레이저 발진부와,

상기 여기용 광원에 공급되는 전력을 측정하는 투입전력측정수단과,

상기 여기용 광원에 대하여 투입전력의 한계치를 설정하는 투입전력 한계치 설정수단과,

상기 투입전력 측정 수단으로부터 투입전력 측정치를 수취하고, 상기 투입전력 한계치에 대한 상기 투입전력측정치의 비율을 구하는 전력투입율 연산수단과,

상기 전력투입율 연산수단으로 구해진 상기 비율을 표시하는 출력하는 전력투입율 표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1항에 있어서,

상기 비율에 대해 소망의 상한치를 설정하기 위한 전력투입율 상한치 설정수단과,

상기 전력투입율 연산수단으로 구해진 상기 비율이 상기 상한치 이상으로 되었을 때에 소정의 경고신호를 출력하는 경고신호출력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 2 항에 있어서,

상기 경고신호에 따라 소정의 경고정보를 표시출력하는 경고표시수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 2 항에 있어서,

상기 경고신호에 따라 레이저 발진을 정지시키는 레이저 발진정지수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 레이저광에 대해 소망의 레이저 출력을 설정하는 레이저 출력설정수단과,

상기 레이저광의 레이저 출력을 측정하는 레이저 출력측정수단과,

상기 레이저출력 측정수단으로부터 얻어지는 레이저 출력측정치를 상기 레이저 출력설정수단으로부터 인가되는 레이저 출력 설정치를 비교하여 비교오차를 구하는 레이저 출력비교수단과,

상기 레이저 출력측정치가 상기 레이저 출력설정치에 일치하도록 상기 비교오차에 따라 상기 여기광원에 공급되는 전력,전류 또는 전압을 제어하는 레이저출력 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 가공장치.