TWI691373B

TWI691373B - 雷射加工裝置

Info

Publication number: TWI691373B
Application number: TW108110675A
Authority: TW
Inventors: 田坂泰久; 原章文; 原大地
Original assignee: 日商住友重機械工業股份有限公司
Priority date: 2018-03-29
Filing date: 2019-03-27
Publication date: 2020-04-21
Also published as: CN110315201B; TW201941855A; KR102610241B1; JP2019171459A; CN110315201A; KR20190114785A; JP7084759B2

Abstract

電源裝置(120)向雷射光源(110)供給電力。加工機(130)向加工對象物(OBJ)的目標位置(TP)照射來自雷射光源(110)的光能。電源裝置(120)具有能夠變更的複數個控制參數(PRM)，並且將複數個控制參數(PRM)之值的集合與識別號(ID)對應地保持。電源裝置(120)若從加工機(130)接收識別號(ID)，則根據與識別號(ID)相應之值的集合進行動作。

Description

雷射加工裝置

本發明係有關一種雷射加工裝置。

作為工業用加工工具，廣泛普及有雷射加工裝置。雷射加工裝置具備：雷射光源；電源裝置，向雷射光源供給電力；及加工機，向加工對象照射雷射光源的射出光。根據加工條件，變更光輸出或高頻電源的參數(專利文獻1～3)。 (先前技術文獻) (專利文獻) 專利文獻1：日本特開平5-347447號公報專利文獻2：日本特開2013-89788號公報專利文獻3：日本特開2017-131937號公報

(本發明所欲解決之課題) 電源裝置的控制參數多種多樣，增加所變更的控制參數的個數，對更精密的加工有效。另一方面，加工機按每個加工條件的變更需要向電源裝置發送複數個控制參數時，若控制參數的個數增加，則加工機與電源裝置之間的通訊量增加。通訊中需要中斷加工，因此控制參數的個數的增加引起生產率的降低。本發明係在相關之狀況中完成者，其一種態樣的例示性目的之一在於提供一種縮短通訊時間的雷射加工裝置。 (用以解決課題之手段) 本發明的一種態樣係有關雷射加工裝置。雷射加工裝置具備：雷射光源；電源裝置，向雷射光源供給電力；加工機，向加工對象物的目標位置照射來自雷射光源的光能。電源裝置具有能夠變更的複數個控制參數，並且將複數個控制參數之值的集合與識別號對應地保持，若從加工機接收識別號，則電源裝置根據與識別號相應的值的集合進行動作。另外，在方法、裝置、系統等之間相互置換以上構成要件的任意組合或本發明的構成要件或表示的內容亦作為本發明的態樣而有效。 (發明之效果) 根據本發明的一種態樣，能夠縮短通訊時間。

(實施形態的概要) 本說明中公開之一實施形態係有關雷射加工裝置。雷射加工裝置具備：雷射光源、電源裝置，向雷射光源供給電力；及加工機，向加工對象物的目標位置照射來自雷射光源的光能。電源裝置具有能夠變更的複數個控制參數，並且將複數個控制參數之值的集合與識別號對應地保持。若從加工機接收識別號，則電源裝置根據與識別號相應的值的集合進行動作。根據此態樣，藉由從加工機對電源裝置發送識別號，能夠變更複數個控制參數。因此，相比從加工機對電源裝置發送複數個控制參數的各個變更後的值之情況，能夠大幅減少通訊量。其有助於縮短加工的中斷時間，並且提高生產率。電源裝置可包含分別參考至少一個控制參數的複數個控制部。加工機向複數個控制部中的一個發送識別號，識別號可依序傳送到複數個控制部。若複數個控制部中的最後一個接收到識別號，則可將識別號發送到加工機。亦即藉由將來自加工機的數據回送到加工機，能夠由加工機驗證識別號是否正常發送。加工機可在目標位置移動時發送識別號。雷射照射在目標位置移動期間原本停止，因此利用該期間發送識別號，變更電源裝置的控制參數，藉此能夠降低或消除基於參數變更的延遲。電源裝置可包含：充電電源，將平滑電容器的電壓保持在既定範圍內；高頻電源，接收在平滑電容器中產生之電壓，且轉換為高頻訊號並供給到雷射光源；及整體控制部，統括控制電源裝置。複數個控制參數中的至少一個可被充電電源所參考，該些中的其他至少一個可被充電電源所參考，該些中的又一其他至少一個可被充電電源所參考。複數個控制參數可包含平滑電容器的電壓目標值。複數個控制參數可包含高頻電源的激勵時間寬度的校正量。複數個控制參數可包含充電電源的反饋控制器的參數。複數個控制參數的值的集合可在雷射加工裝置開始進行動作之前從加工機發送到電源裝置。 (實施形態) 以下，以優選的實施形態為基礎並參閱圖式對本發明進行說明。對示於各圖式之相同或等同的構成要件、構件、處理標註相同符號，並適當省略重複之說明。又，實施形態僅為例示並非限定發明，實施形態所述之所有特徵或其組合並不一定是本發明的本質者。圖1係實施形態之雷射加工裝置100的框圖。雷射加工裝置100具備雷射光源110、電源裝置120及加工機130。雷射光源110例如為CO₂ 雷射。電源裝置120向雷射光源110供給電力而在雷射光源110間歇地產生光脈衝112。加工機130接收來自雷射光源110的光脈衝112而照射到加工對象物OBJ的目標位置TP。例如，加工機130能夠包含載台132、光學系統134及控制器136。光學系統134接收來自雷射光源110的光脈衝112，調節射束的尺寸、光束輪廓而聚光於目標位置TP。載台132藉由使加工對象物OBJ移動，來控制目標位置TP。再者，可固定加工對象物OBJ，而改變雷射光的照射位置，簡而言之，只要能夠控制加工對象物OBJ與雷射光的相對位置即可。由用戶準備加工條件(配方)。控制器136根據配方控制載台132，一邊移動目標位置TP，一邊在各目標位置TP上向電源裝置120發出發光指示(激勵訊號)S1。電源裝置120響應發光指示S1而在雷射光源110產生光脈衝112。電源裝置120具有能夠變更的複數個控制參數PRM₁ ～PRM_N 。在電源裝置120中與識別號PRM_ID對應地保持複數個控制參數PRM₁ 、PRM₂ …、PRM_N 的值的集合。圖2係表示複數個控制參數與識別號PRM_ID的關係之圖。該例子中，控制參數的個數為N=4，識別號PRM_ID能夠從ID(1)～ID(5)這5個中選擇。例如，ID(2)時，作為控制參數PRM₁ ～PRM₄ 的值，使用a₂ 、b₂ 、c₂ 、d₂ 的集合。圖2的關係儲存於電源裝置120的記憶體(查找表)。每個識別號PRM_ID的複數個控制參數PRM₁ ～PRMN的值的集合可在雷射加工裝置100開始動作之前從加工機130發送到電源裝置120。返回到圖1。加工機130的控制器136根據加工條件向電源裝置120發送包含識別號PRM_ID之數據S2。電源裝置120若接收識別號PRM_ID，則將其內部的複數個控制參數PRM變更為與識別號PRM_ID相應之值的集合，且根據變更後的控制參數PRM進行動作。控制器136除了包含識別號PRM_ID之數據S2之外，還可發送表示參數變更的允許/禁止之控制訊號EN。控制器136顯示允許控制訊號EN時(例如高)，實施基於所接收之識別號PRM_ID之設定變更。圖3係表示雷射加工裝置100的資料流程之圖。電源裝置120包含複數個控制部128_1～128_N。各控制部128_i(i=1、2、……N)在進行動作時，參考複數個控制參數PRM中的至少一個而控制對應的控制對象129_i(i=1、2、……N)。加工機130的控制器136向複數個控制部128_1～128_N中的一個(128_1)發送識別號PRM_ID。識別號PRM_ID依序傳送到複數個控制部128_1～128_N。若複數個控制部128_1～128_N中的最後一個(128_N)接收到識別號PRM_ID，則將其識別號PRM_ID返送到加工機130。亦即，在加工機130與電源裝置120之間回送識別號PRM_ID。加工機130根據所回送之識別號PRM_ID是否與自身所發送之原識別號PRM_ID一致，能夠確認識別號PRM_ID是否準確地傳送到電源裝置120的所有控制部128。不一致之情況下，加工機130可重新發送識別號PRM_ID。控制部128_i(i=1、2、……N)可從前一段接收識別號PRM_ID，且結束變更分配到自身之控制參數PRM中的至少一個之後，向後一段的控制部128_i+1發送識別號PRM_ID。該情況下，在識別號PRM_ID回送到控制器136之時序保證所有控制部128的控制參數的變更結束。圖4係表示電源裝置120的具體的構成例之框圖。電源裝置120具備整流器122、充電電源124、高頻電源126及整體控制部127。整流器122對交流電壓V_AC 進行整流。充電電源124接收整流後的電壓V_RECT ，且將在直流鏈路125上產生之直流鏈路電壓V_DC 維持在既定電壓範圍內。在直流鏈路125連接有直流鏈路電容器(平滑電容器)C₁ 。更詳細而言，充電電源124包含轉換器124a及其控制器124b。在雷射光源110的發光期間，若高頻電源126進行開關動作，則釋放平滑電容器C₁ 的電荷而降低直流鏈路電壓V_DC 。充電電源124按雷射光源110的每個單觸發，向平滑電容器C₁ 補充會從平滑電容器C₁ 損失之電荷量。例如，控制器124b以推定應補充的電荷量，且其電荷量供給到平滑電容器C1之方式控制轉換器124a。高頻電源126將直流鏈路電壓V_DC 轉換為交流驅動電壓V_DRV ，並供給到雷射光源110。高頻電源126包含反相器126a及控制器126b。控制器126b將來自加工機130的激勵訊號S1作為觸發在激勵寬度τ(時間)期間使反相器126a進行開關動作。藉此，驅動電壓V_DRV 成為間歇的交流電壓，因此雷射光源110產生脈衝光。整體控制部127例如為PLC(Programmable Logic Controller)，具備作為定序器或狀態機的功能，而統括控制電源裝置120。再者，亦可以CPU(Central Processing Unit)和軟件程序的組合安裝整體控制部127。控制器126b、控制器124b及整體控制部127與圖3的控制部128_1～128_3對應。亦即，來自加工機130的識別號PRM_ID經由控制器126b、控制器124b及整體控制部127回送到加工機130。複數個控制參數PRM₁ ～PRM_N 中的至少一個被充電電源124所參考。又，複數個控制參數PRM₁ ～PRM_N 中的其他至少一個被高頻電源126所參考。又，複數個控制參數PRM₁ ～PRM_N 中的又一其他至少一個被整體控制部127所參考。例如，高頻電源126參考規定(或校正)高頻電源126的激勵寬度τ、亦即雷射光的單觸發的長度之控制參數PRM₁ 。若識別號PRM_ID發生變更，則高頻電源126的控制器126b將控制參數PRM₁ 的值變更為對應至變更後的識別號PRM_ID之值a。例如，充電電源124的控制器124b包含根據PID控制(或PI控制)反饋控制充電電荷量(換言之，控制器124b的開關元件的接通時間)之PID控制器。該PID控制器的增益(P增益、I增益、D增益中的至少一個)藉由控制參數PRM₂ 規定。若識別號PRM_ID發生變更，則充電電源124的控制器124b將控制參數PRM₂ 的值變更為對應至變更後的識別號PRM_ID之值b。例如，整體控制部127參考既定直流鏈路電壓V_DC 的目標電壓(或其範圍)之控制參數PRM₃ 。整體控制部127將控制參數PRM₃ 的值轉換為模擬基準電壓V_REF 並供給到充電電源124。充電電源124使直流鏈路電壓V_DC 在與基準電壓V_REF 相應之目標電壓範圍內穩定。圖5係圖4的雷射加工裝置100的動作波形圖。例如，在加工期間t₀ ～t₁ 內，作為識別號PRM_ID賦予第1值ID(1)。在加工期間t₀ ～t₁ 內，加工機130重覆主張激勵訊號S1。電源裝置120與激勵訊號S1的主張相應而生成脈衝狀的雷射輸出。雷射的脈衝寬度τ的校正量(激勵時間τ的校正量)成為與ID(1)對應之控制參數PRM₁ 的值a₁ =0μs。該校正量a₁ 相加到激勵訊號S1的寬度而成為雷射輸出寬度。激勵訊號S1的脈衝寬度為15μs，校正量a₁ 為0μs時，實際雷射輸出寬度成為15μs。又，充電電源124的控制增益的值P設定為與ID(1)對應之控制參數PRM₂ 的值b1=10。直流鏈路電壓的目標值(VREF)設定為與ID(1)對應之控制參數PRM₃ 的值c₁ =400V。在期間t₁ ～t₂ 內，雷射光的照射位置移動。在該期間，激勵訊號S1固定為低，且雷射光源110不發光。在期間t₁ ～t₂ 內，加工機130將EN訊號設為高，並發送變更後的識別號PRM_ID(2)。新的識別號PRM_ID(2)輸入到高頻電源126，控制參數PRM₁ 的值(亦即激勵寬度τ的校正量)變更為與識別號PRM_ID(2)對應之值a₂ (=0.1μs)。藉此，雷射輸出寬度成為15.1μs。識別號PRM_ID(2)從高頻電源126傳送到充電電源124，控制參數PRM₂ 的值(亦即控制增益P)變更為與識別號PRM_ID(2)對應之值b₂ (=50)。另外，識別號PRM_ID(2)從充電電源124傳送到整體控制部127，控制參數PRM₃ 的值(亦即直流鏈路電壓V_DC 的目標值)變更為與識別號PRM_ID(2)對應之值c₂ (=430V)。以上為雷射加工裝置100的動作。依該雷射加工裝置100，從加工機130對電源裝置120發送識別號ID，藉此能夠統一變更電源裝置120的複數個控制參數。亦即，相比從加工機130對電源裝置120個別發送複數個控制參數PRM的各個變更後的值之情況，能夠大幅減少通訊量。其有助於縮短加工的中斷時間，並且提高生產率。又，藉由導入回送的機制，加工機130能夠判定電源裝置120的參數是否正常被改寫。回送的結果，以正常結束改寫為條件，生成發光指示(激勵訊號)S1，藉此能夠防止電源裝置120在錯誤之加工條件(參數的集合)下進行動作。又，藉由利用鑽頭移動中變更控制參數，能夠降低隨著控制參數的變更之延遲，或者消除延遲。根據實施形態，使用具體的語句對本發明進行了說明，但實施形態僅表示本發明的原理、應用的一方面，實施形態中，在不脫離技術方案中規定之本發明的思想之範圍內，可允許多個變形例或配置的變更。

100‧‧‧雷射加工裝置 110‧‧‧雷射光源 112‧‧‧光脈衝 120‧‧‧電源裝置 122‧‧‧整流器 124‧‧‧充電電源 124a‧‧‧轉換器 124b‧‧‧控制器 125‧‧‧直流鏈路 126‧‧‧高頻電源 126a‧‧‧反相器 126b‧‧‧控制器 127‧‧‧整體控制部 128‧‧‧控制部 130‧‧‧加工機 132‧‧‧載台 134‧‧‧光學系統 136‧‧‧控制器 OBJ‧‧‧加工對象物 TP‧‧‧目標位置

圖1係實施形態之雷射加工裝置的框圖。圖2係表示複數個控制參數與識別號PRM_ID的關係之圖。圖3係表示雷射加工裝置的資料流程之圖。圖4係表示電源裝置的具體的構成例之框圖。圖5係圖4的雷射加工裝置的動作波形圖。

100‧‧‧雷射加工裝置

110‧‧‧雷射光源

112‧‧‧光脈衝

120‧‧‧電源裝置

130‧‧‧加工機

132‧‧‧載台

134‧‧‧光學系統

136‧‧‧控制器

S1‧‧‧發光指示

S2(ID)‧‧‧數據

TP‧‧‧目標位置

OBJ‧‧‧加工對象物

Claims

一種雷射加工裝置，其特徵為，具備：雷射光源；電源裝置，向前述雷射光源供给電力；及加工機，向加工對象物的目標位置照射來自前述雷射光源的光能，前述電源裝置具有能夠變更的複數個控制參數，並且將前述複數個控制參數之值的集合與識別號對應地保持，若從前述加工機接收前述識別號，則前述電源裝置根據與前述識別號相應之值的集合進行動作。
如申請專利範圍第1項之雷射加工裝置，其中，前述電源裝置包含分別具有至少一個前述控制參數之複數個控制部，前述加工機向前述複數個控制部中的一個發送前述識別號，前述識別號依序傳送到前述複數個控制部。
如申請專利範圍第2項之雷射加工裝置，其中，若前述複數個控制部中的最後一個接收到前述識別號，則將前述識別號發送到前述加工機。
如申請專利範圍第1至3中任一項之雷射加工裝置，其中，前述加工機在前述目標位置移動時發送前述識別號。
如申請專利範圍第1至3中任一項之雷射加工裝置，其中，前述電源裝置包含：充電電源，將平滑電容器的電壓保持在既定範圍內；高頻電源，接收前述平滑電容器中產生之電壓，且轉換為高頻訊號並供給到前述雷射光源；及整體控制部，統括控制前述電源裝置，前述複數個控制參數中的至少一個被前述充電電源所參考，該些中的其他至少一個被前述高頻電源所參考，該些中的又一其他至少一個被前述充電電源所參考。
如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，前述複數個控制參數包含前述平滑電容器的電壓的目標值。
如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，前述複數個控制參數包含前述高頻電源的激勵時間寬度的校正量。
如申請專利範圍第5項之雷射加工裝置，其中，前述複數個控制參數包含前述充電電源的反饋控制器的參數。
如申請專利範圍第1至3中任一項之雷射加工裝置，其中，前述複數個控制參數的值的集合在前述雷射加工裝置開始進行動作之前從前述加工機發送到前述電源裝置。