DE102020001608A1

DE102020001608A1 - Laserbearbeitungsverfahren zum Schneiden eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102020001608A1
Application number: DE102020001608.1A
Authority: DE
Inventors: Ryousuke NAKAMURA
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2020-03-11
Publication date: 2020-09-24
Also published as: CN111702343A; JP7028820B2; JP2020151723A; JP7028820B6; US11691219B2; US20200298335A1

Abstract

Ein Laserbearbeitungsverfahren, das in der Lage ist, einer auf einer Seite einer Schneidstelle eines Werkstücks erforderlichen Schneidqualität zu genügen. Ein Laserbearbeitungsverfahren zum Schneiden eines Werkstücks W unter Verwendung eines Bearbeitungskopfes, der dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl und ein Prozessgas koaxial und nicht koaxial abzugeben, umfasst: ein Erstellen eines Bearbeitungsprogramms, das auf dem Werkstück W eine Schnittlinie sowie einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf beiden Seiten der Schnittlinie angibt, deren Anforderungen an eine Schneidqualität sich voneinander unterscheiden; und ein Beibehalten einer Zentralachse des Prozessgases relativ zu einer optischen Achse des Laserstrahls zu dem ersten Bereich hin verschoben, in Reaktion auf den Unterschied zwischen den Anforderungen an eine Schneidqualität während eines Schneidens zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der Schnittlinie in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm.

Description

Hintergrund der Erfindung
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Laserbearbeitungsverfahren zum Schneiden eines Werkstücks.
Beschreibung des Stands der Technik
Ein Laserbearbeitungsverfahren ist bekannt, bei dem ein Werkstück geschnitten wird, während eine optische Achse eines Laserstrahls relativ zu einer Ausgangsöffnung eines Endstücks verschoben ist, durch die ein Prozessgas abgegeben wird (zum Beispiel JP 6116757 B ).
Auf beiden Seiten einer Schneidstelle des Werkstücks unterscheidet sich in einigen Fällen eine erforderliche Schneidqualität jeder Seite des Werkstücks (eine Abmessung von Schlacke, eine Rauigkeit einer Schnittoberfläche, ein Öffnungswinkel einer Schnittfuge, etc.) voneinander. Im Speziellen ist in einigen Fällen, obwohl auf einer Seite der Schneidstelle des Werkstücks eine hohe Schneidqualität erforderlich ist, eine Schneidqualität, die derjenigen auf der einen Seite entspricht, auf der anderen Seite des Schneidabschnitts nicht erforderlich. In einem solches Fall besteht ein Bedarf für eine Methode, die in der Lage ist, die erforderliche Schneidqualität auf der einen Seite der Schneidstelle des Werkstücks wirksam zu erfüllen.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Laserbearbeitungsverfahren zum Schneiden eines Werkstücks unter Verwendung eines Bearbeitungskopfes, der dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl und ein Prozessgas koaxial und nicht koaxial abzugeben, ein Erstellen eines Bearbeitungsprogramms, das auf dem Werkstück eine Schnittlinie sowie einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich auf beiden Seiten der Schnittlinie angibt, deren Anforderungen an eine Schneidqualität sich voneinander unterscheiden; und ein Beibehalten einer Zentralachse des Prozessgases relativ zu einer optischen Achse des Laserstrahls zu dem ersten Bereich hin verschoben, in Reaktion auf den Unterschied zwischen den Anforderungen an eine Schneidqualität während eines Schneidens zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der Schnittlinie in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm.
Wenn zwei Bereiche, die unterschiedliche Anforderungen an eine Schneidqualität aufweisen, auf beiden Seiten einer Schneidstelle eines Werkstücks angegeben sind, ist es gemäß der vorliegenden Offenbarung möglich, die Anforderung an eine Schneidqualität für einen der Bereiche wirksam zu erfüllen.
Figurenliste

1 ist eine Darstellung einer Lasermaschine gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 1 dargestellt ist.
3 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
4 stellt einen Zustand dar, in dem die in 3 dargestellte Bewegungsvorrichtung eine Zentralachse eines Prozessgases relativ zu einer optischen Achse eines Laserstrahls verschiebt.
5 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
6 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
7 stellt einen Zustand dar, in dem die in 6 dargestellte Bewegungsvorrichtung eine Zentralachse eines Prozessgases relativ zu einer optischen Achse eines Laserstrahls verschiebt.
8 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
9 stellt einen Zustand dar, in dem die in 8 dargestellte Bewegungsvorrichtung eine Zentralachse eines Prozessgases relativ zu einer optischen Achse eines Laserstrahls verschiebt.
10 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
11 stellt einen Zustand dar, in dem die in 10 dargestellte Bewegungsvorrichtung eine Zentralachse eines Prozessgases relativ zu einer optischen Achse eines Laserstrahls verschiebt.
12 ist eine Darstellung einer Bewegungsvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
13 stellt ein Beispiel eines Werkstücks dar, das geschnitten werden soll.
14 stellt einen Zustand dar, in dem ein Werkstück geschnitten wird, während ein Prozessgas und ein Laserstrahl koaxial abgegeben werden.
15 stellt einen Zustand dar, in dem ein Werkstück geschnitten wird, während ein Prozessgas und ein Laserstrahl nicht koaxial abgegeben werden.
16 stellt ebenfalls einen Zustand dar, in dem ein Werkstück geschnitten wird, während ein Prozessgas und ein Laserstrahl nicht koaxial abgegeben werden.
17 ist eine Darstellung einer Lasermaschine gemäß einer anderen Ausführungsform.
18 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 17 dargestellt ist.
19 ist eine Darstellung einer Lasermaschine gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
20 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 19 dargestellt ist.
21 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Betriebsflusses der Lasermaschine darstellt, die in 19 dargestellt ist.
22 ist eine Darstellung einer Lasermaschine gemäß noch einer anderen Ausführungsform.
23 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 22 dargestellt ist.
24 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel einer Betriebsflusses der Lasermaschine darstellt, die in 22 dargestellt ist.
25 ist eine Darstellung einer Lasermaschine gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
26 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 25 dargestellt ist.
27 ist ein Blockdiagramm einer Maschinenlernvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
28 ist eine Darstellung zur Erläuterung einer Testlaserbearbeitung bezüglich eines Testwerkstücks.
29 stellt einen Aspekt von Schlacke dar, die in einem Werkstück durch eine Testlaserbearbeitung erzeugt wird.
30 ist ein Blockdiagramm einer Maschinenlernvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform.
31 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Lernflusses darstellt, der von der Maschinenlernvorrichtung ausgeführt wird, die in 30 dargestellt ist.
32 stellt schematisch ein Neuronenmodell dar.
33 stellt schematisch ein mehrschichtiges neuronales Netzwerkmodell dar.
34 ist ein Blockdiagramm einer Maschinenlernvorrichtung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform.
35 stellt einen Modus dar, in dem die in 34 dargestellte Lernvorrichtung in der Lasermaschine angebracht ist, die in 1 dargestellt ist.
36 ist ein Blockdiagramm der Lasermaschine, die in 35 dargestellt ist.
37 stellt ein Beispiel eines Werkstücks dar, in dem eine zusätzliche Schnittlinie angegeben ist.
38 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel eines Betriebsflusses der Lasermaschine darstellt, die in 19 dargestellt ist.

Ausführliche Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen genauer beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den unten beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen ähnliche Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen sind, und dass eine mehrfache Beschreibung derselben weggelassen wird. Ferner wird in der folgenden Beschreibung ein orthogonales Koordinatensystem in den Zeichnungen als eine Referenz von Richtungen verwendet, und es wird aus Gründen der Einfachheit die positive x-Achsen-Richtung als nach rechts gerichtete Richtung, die positive y-Achsen-Richtung als nach vorne gerichtete Richtung und die positive z-Achsen-Richtung als nach oben gerichtete Richtung bezeichnet.
Mit Bezug auf 1 und 2 wird eine Lasermaschine 10 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Die Lasermaschine 10 umfasst eine Steuervorrichtung 12, einen Laseroszillator 14, einen Bearbeitungskopf 16, eine Prozessgasversorgungsvorrichtung 18, einen Bewegungsmechanismus 20 und eine Bewegungsvorrichtung 22. Die Steuervorrichtung 12 umfasst zum Beispiel einen Prozessor 13 (CPU, GPU, etc.) und einen Speicher 15 (ROM, RAM, etc.) und steuert jede Komponente der Lasermaschine 10 unmittelbar oder mittelbar. Der Prozessor 13 und der Speicher 15 sind kommunizierend miteinander oder über einen Bus 17 verbunden.
Der Laseroszillator 14 führt eine Laseroszillation in seinem Inneren in Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuervorrichtung 12 aus und emittiert einen Laserstrahl nach außen. Der Laseroszillator 14 kann von beliebigem Typ sein, wie beispielsweise ein CO₂-Laseroszillator, ein Festkörperlaseroszillator (YAG Laser) oder ein Faserlaseroszillator.
Der Bearbeitungskopf 16 umfasst einen Kopfgrundkörper 24, optische Elemente 26, einen Fokussiertrieb 28 und ein Endstück 30. Der Kopfgrundkörper 24 ist hohl, und eine optische Faser 32 ist mit einem proximalen Ende der Kopfgrundkörpers 24 verbunden. Der Laserstrahl, der von dem Laseroszillator 14 emittiert wird, verläuft durch die optische Faser 32 hindurch und tritt in den Kopfgrundkörper 24 ein.
Die optischen Elemente 26 umfassen zum Beispiel eine Kollimationslinse oder eine Fokussierlinse und stellen ein optisches System des Bearbeitungskopfes 16 dar. Die optischen Elemente 26 kollimieren oder fokussieren den Laserstrahl, der in den Kopfgrundkörper 24 eintritt, und führen ihn zu einem Werkstück W. Die optischen Elemente 26 sind in dem Kopfgrundkörper 24 derart eingehaust, dass sie in eine Richtung einer optischen Achse A₁ des Laserstrahls bewegbar sind. Der Fokussiertrieb 28 bewegt zumindest ein optisches Element 26 in die Richtung der optischen Achse A₁. Indem der Fokussiertrieb 28 die Position des optischen Elements 26 in die Richtung der optischen Achse A₁ einstellt, ist es möglich, eine Fokusposition in der Richtung der optischen Achse des Laserstrahls zu steuern, der von dem Endstück 30 emittiert wird.
Das Endstück 30 ist hohl und an einem distalen Ende des Kopfgrundkörpers 24 bereitgestellt. Das Endstück 30 weist eine kegelstumpfförmige äußere Form auf, bei der eine Querschnittsfläche senkrecht zu der optischen Achse A₁ von dem proximalen Ende derselben zu dem distalen Ende derselben hin abnimmt. Eine hohle Kammer 36 ist innerhalb des Endstücks 30 und des Kopfgrundkörpers 24 ausgebildet. Der Laserstrahl, der von den optischen Elementen 26 ausgehend verläuft, tritt durch die Kammer 36 hindurch und wird nach außen durch die Abgabeöffnung 34 emittiert.
Die Prozessgasversorgungsvorrichtung 18 führt der Kammer 36, die innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 und des Endstücks 30 ausgebildet ist, ein Prozessgas durch eine Gasversorgungsleitung 35 zu. Das Prozessgas ist zum Beispiel Stickstoff oder Luft. Das Prozessgas, das der Kammer 36 zugeführt wird, wird durch die Abgabeöffnung 34 hindurch als ein Strahl B zusammen mit dem Laserstrahl abgegeben.
Das Endstück 30 ist dazu eingerichtet, das Prozessgas und den Laserstrahl relativ zueinander koaxial und nicht koaxial abzugeben, wie später beschrieben wird. In 1 ist der Prozessgasstrahl B durch gepunktete Linien schematisch dargestellt. Wenn das Endstück 30 das Prozessgas und den Laserstrahl koaxial abgibt, verlaufen die optische Achse A₁ des Laserstrahls und eine Zentralachse A₂ des Prozessgases parallel zu der z-Achse. Die z-Achsen-Richtung verläuft zum Beispiel parallel zu einer vertikalen Richtung.
Der Bewegungsmechanismus 20 bewegt den Bearbeitungskopf 16 und das Werkstück W relativ zueinander. Im Speziellen umfasst der Bewegungsmechanismus 20 einen Arbeitstisch 38, einen x-Achsen-Bewegungsmechanismus 40, einen y-Achsen-Bewegungsmechanismus 42 und einen z-Achsen-Bewegungsmechanismus 44. Das Werkstück W ist auf den Arbeitstisch 38 aufgestellt. Der x-Achsen-Bewegungsmechanismus 40 umfasst zum Beispiel einen Servomotor (nicht dargestellt) und einen Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindespindel aufweist, die sich in die x-Achsen-Richtung erstreckt (nicht dargestellt). Der x-Achsen-Bewegungsmechanismus 40 bewegt den Arbeitstisch 38 in die x-Achsen-Richtung in Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuervorrichtung 12.
Der y-Achsen-Bewegungsmechanismus 42 umfasst zum Beispiel einen Servomotor (nicht dargestellt) und einen Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindespindel aufweist, die sich in die y-Achsen-Richtung erstreckt (nicht dargestellt). Der y-Achsen-Bewegungsmechanismus 42 bewegt den Arbeitstisch 38 in die y-Achsen-Richtung in Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuervorrichtung 12. Der z-Achsen-Bewegungsmechanismus 44 umfasst zum Beispiel einen Servomotor (nicht dargestellt) und einen Kugelgewindetrieb, der eine Kugelgewindespindel aufweist, die sich in die z-Achsen-Richtung erstreckt (nicht dargestellt). Der z-Achsen-Bewegungsmechanismus 44 bewegt den Bearbeitungskopf 16 in die z-Achsen-Richtung.
In Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuervorrichtung 12 bewegt die Bewegungsvorrichtung 22 die optische Achse A₁ des Laserstrahls und die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zueinander, indem zumindest eines von der optischen Achsenanordnung des optischen Systems in dem Bearbeitungskopf 16, der Position des Endstücks und dem Abgabemodus des Prozessgases verändert wird. Es gibt verschiedene Ausführungsformen der Bewegungsvorrichtung 22. Im Folgenden werden die verschiedenen Ausführungsformen der Bewegungsvorrichtung 22 mit Bezug auf 3 bis 12 beschrieben.
Eine Bewegungsvorrichtung 22, die in 3 dargestellt ist, umfasst einen Endstückbewegungsmechanismus 45. In der in 3 dargestellten Ausführungsform ist das Endstück 30 an dem Kopfgrundkörper 24 derart bereitgestellt, dass es parallel zu einer x-y-Ebene (d. h. einer Ebene senkrecht zu der optischen Achse A₁) relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 bewegbar ist. Zum Beispiel ist ein elastisches Material (zum Beispiel ein ringförmiger Gummi) 43 zwischen dem Endstück 30 und dem Kopfgrundkörper 24 derart eingefügt, dass das Endstück 30 von dem elastischen Material 43 derart getragen wird, dass es parallel zu der x-y-Ebene relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 bewegbar ist.
Der Endstückbewegungsmechanismus 45 umfasst mehrere Antriebe 46. Zum Beispiel sind insgesamt vier Antriebe 46 um die optische Achse A₁ herum in im Wesentlichen gleichen Abständen angeordnet (d. h. in einem Abstand von 90 Grad). Jeder Antrieb 46 ist ein Servomotor oder ein piezoelektrisches Element etc. und umfasst einen Antriebsholm 46a, dessen Spitze mit dem Endstück 30 verbunden ist. In Übereinstimmung mit einem Befehl der Steuervorrichtung 12 schieben die Antriebe 46 ihre Antriebsholme 46a im Zusammenspiel miteinander vor und ziehen sie zurück, um das Endstück 30 parallel zu der x-y-Ebene relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 anzutreiben.
Wie in 4 dargestellt ist, schiebt von den beiden Antrieben 46, die in die x-Achsen-Richtung ausgerichtet sind, derjenige Antrieb 46, der auf der rechten Seite angeordnet ist, seinen Antriebsholm 46a nach links, während synchron hierzu der Antrieb 46, der auf der linken Seite angeordnet ist, seinen Antriebsholm nach links zurückzieht. Dadurch wird das Endstück 30 relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 nach links bewegt. Im Ergebnis wird die Zentralachse A₂ des Prozessgases, das von der Abgabeöffnung 34 des Endstücks 30 abgegeben wird, bezüglich der optischen Achse A₁ des Laserstrahls nach links verschoben.
In ähnlicher Weise zieht von den beiden Antrieben 46, die in y-Achsen-Richtung ausgerichtet sind, derjenige Antrieb 46, der sich auf der Vorderseite befindet, seinen Antriebsholm 46a zurück, während synchron hierzu der Antrieb 46, der sich auf der Rückseite befindet, seinen Antriebsholm 46a vorschiebt. Dadurch wird das Endstück 30 relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 nach vorne bewegt. Der Prozessor 13 der Steuervorrichtung 12 steuert die Vorschubrichtung und die Rückzugsrichtung sowie den Bewegungsbetrag der Antriebsholme 46a jedes Antriebs 46, wodurch das Endstück 30 in die x-Achsen-Richtung und in die y-Achsen-Richtung (d. h. parallel zu der x-y-Ebene) relativ zu dem Kopfgrundkörper 24 bewegt wird.
Eine Bewegungsvorrichtung 22, die in 5 dargestellt ist, umfasst einen Flussrateneinstellmechanismus 47. Der Flussrateneinstellmechanismus 47 ist dazu eingerichtet, die Zentralachse A₂ des Prozessgases B, das durch die Abgabeöffnung 34 abgegeben wird, relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls zu verschieben, indem die Flussrate des Prozessgases, das an die Kammer 26 geliefert wird, entlang einer Umfangsrichtung um die optische Achse A₁ herum verändert wird.
Im Speziellen umfasst der Bearbeitungskopf 16 mehrere Auslassöffnungen 48, die dazu angeordnet sind, um die optische Achse A₁ herum in Umfangsrichtung ausgerichtet zu sein, wobei jede Auslassöffnung 48 zu der Kammer 36 hin offen ist. Das Prozessgas, das von der Prozessgasversorgungsvorrichtung 18 bereitgestellt wird, wird in die Kammer 36 hinein durch jede der Auslassöffnungen 48 hindurch ausgelassen.
Der Flussrateneinstellmechanismus 47 umfasst mehrere bewegbare Blenden 50, die dazu eingerichtet sind, die Auslassöffnungen 48 zu versperren, um deren Öffnungsflächen zu verändern; und Antriebe 52, die dazu eingerichtet sind, die jeweiligen bewegbaren Blenden 50 zu bewegen. Der Antrieb 52 umfasst zum Beispiel einen Servomotor und ändert die Öffnungsfläche der Auslassöffnung 48, indem er die bewegbare Blende 50 in Reaktion auf einen Befehl der Steuervorrichtung 12 bewegt, wodurch die Flussrate des Prozessgases eingestellt wird, das von jeder der Auslassöffnungen 48 in die Kammer 36 hinein zugeführt wird.
Wie in 5 dargestellt ist, versperrt zum Beispiel der Flussrateneinstellmechanismus 47 durch die bewegbare Blende 50 einen Teil der linken Auslassöffnung 48 der beiden Auslassöffnungen, die derart angeordnet sind, dass sie in x-Achsen-Richtung einander zugewandt sind, um die Flussrate des Prozessgases, das aus dieser ausgelassen wird, auf eine Flussrate Q₁ einzustellen
Andererseits öffnet der Flussrateneinstellmechanismus 47 die bewegbare Blende 50 der rechten Auslassöffnung 48 der beiden Auslassöffnungen, die derart angeordnet sind, dass sie in x-Achsen-Richtung einander zugewandt sind, vollständig, um die Flussrate des Prozessgases, das aus dieser ausgelassen wird, auf eine Flussrate Q₂ (> Q₁) einzustellen. Indem die Flussraten Q₁ und Q₂ des Prozessgases auf diese Weise eingestellt werden, kann die Zentralachse A₂ des Prozessgases, das durch die Abgabeöffnung 34 abgegeben wird, relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls nach links verschoben werden.
In ähnlicher Weise versperrt der Flussrateneinstellmechanismus 47 durch die bewegbare Blende 50 einen Teil der hinteren Auslassöffnung 48 der beiden Auslassöffnungen 48, die derart angeordnet sind, dass sie in y-Achsen-Richtung einander zugewandt sind, um die Flussrate des Prozessgases, das aus dieser ausgelassen wird, auf eine Flussrate Q₃ einzustellen. Andererseits öffnet der Flussrateneinstellmechanismus 47 die bewegbare Blende 50 der vorderen Auslassöffnung 48 vollständig, um die Flussrate des Prozessgases, das aus dieser ausgelassen wird, auf eine Flussrate Q₄ (> Q₃) einzustellen.
Indem die Flussraten Q₃ und Q₄ des Prozessgases in dieser Weise eingestellt werden, ist es möglich, die Zentralachse A₂ des Prozessgases, das aus der Abgabeöffnung 34 abgegeben wird, relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls nach hinten zu verschieben. Daher verändert der Flussrateneinstellmechanismus 47 den Abgabemodus des Prozessgases, indem er die Flussrate Q des Prozessgases, das in die Kammer 36 hinein zugeführt wird, in Umfangsrichtung um die optische Achse A₁ herum verändert, wodurch die Zentralachse A₂ des Prozessgases relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls verschoben wird.
Die Bewegungsvorrichtung 22, die in 6 dargestellt ist, umfasst einen Bewegungsmechanismus 56 für eine optische Faser. In der Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, ist die optische Faser 32 mit einem proximalen Ende 24a des Kopfgrundkörpers 24 derart verbunden, dass sie parallel zu der x-y-Ebene bewegbar ist. Der Bewegungsmechanismus 56 für eine optische Faser umfasst zum Beispiel einen Servomotor oder ein piezoelektrisches Element und bewegt die optische Faser 32 relativ zu dem proximalen Ende 24a. Im Ergebnis wird die Position (oder der Winkel) des Laserstrahls geändert, der durch die optische Faser 32 in den Kopfgrundkörper 24 eintritt, wodurch eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändert wird.
Wie in 7 dargestellt ist, bewegt der Bewegungsmechanismus 56 für eine optische Faser zum Beispiel die optische Faser 32 ausgehend von der in 6 dargestellten Position relativ zu dem proximalen Ende 24a nach links. Im Ergebnis wird der Laserstrahl nach links verschoben, der durch die optische Faser 32 in den Kopfgrundkörper 24 eintritt, wodurch die optische Achse A₁ des Laserstrahls, der durch die Abgabeöffnung 34 emittiert wird, ausgehend von der Position in 6 nach links verschoben werden kann. Daher ist es möglich, die Zentralachse A₂ des Prozessgases relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls zu verschieben.
Die Bewegungsvorrichtung 22, die in 8 dargestellt ist, umfasst einen Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element. Im Speziellen umfasst der Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element einen Servomotor oder ein piezoelektrisches Element und ist innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 angeordnet, um optische Elemente 26 (zum Beispiel Fokussierlinsen) parallel zu der x-y-Ebene zu bewegen. Zusammen mit der Bewegung der optischen Elemente 26 wird zudem die optische Achse des Laserstrahls parallel zu der x-y-Ebene verschoben, der durch die optischen Elemente 26 geführt wird, wodurch eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändert wird.
Wie in 9 dargestellt ist, bewegt zum Beispiel der Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element das unterste optische Element 26 (Fokussierlinse) der mehreren optischen Elemente 26 ausgehend von der in 8 dargestellten Position nach links. Im Ergebnis wird eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändert, wodurch die optische Achse A₁ des Laserstrahls, der durch die Abgabeöffnung 34 hindurch emittiert wird, ausgehend von der in 7 dargestellten Position nach links verschoben werden kann. Es ist daher möglich, die Zentralachse A₂ des Prozessgases relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls zu verschieben.
Der Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element kann eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändern, indem er ein beliebiges der mehreren optischen Element 26 bewegt, oder indem er zwei oder mehr der mehreren optischen Elemente 26 bewegt. Ferner kann der Fokussiertrieb 28 als Bewegungsmechanismus 28 für ein optisches Element dienen, um jedes der optischen Elemente 26 in die Richtung der optischen Achse A₁ zu bewegen, zusammen damit, dass zumindest ein optisches Element 26 parallel zu der x-y-Ebene bewegt wird, um eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls zu verändern.
Die Bewegungsvorrichtung, die in 10 dargestellt ist, umfasst Bewegungsmechanismen 60A und 60B für optische Elemente. Gemäß der in 10 dargestellten Ausführungsform sind ferner die optischen Elemente 62A und 62B innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 vorgesehen. Die optischen Elemente 62A und 62B stellen zusammen mit den optischen Elementen 26 das optische System des Bearbeitungskopfes 16 dar.
Das optische Element 62A ist ein transparentes flaches Plattenelement, das in der Lage ist, einen Laserstrahl zu führen. Das optische Element 62A ist dazu angeordnet, relativ zu der optischen Achse des Laserstrahls, der darauf fällt, geneigt zu sein (d. h. relativ zu der z-Achsen-Richtung), und es ist innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 derart getragen, dass es um die optische Achse drehbar ist. Ähnlich zu dem optischen Element 62A ist das optische Element 62B ein transparentes flaches Plattenelement, das in der Lage ist, einen Laserstrahl zu führen, das dazu angeordnet ist, relativ zu der optischen Achse des Laserstrahls, der darauf fällt, geneigt zu sein, und das innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 derart getragen ist, dass es um die optische Achse drehbar ist. Die optischen Elemente 62A und 62B sind in z-Achsen-Richtung getrennt voneinander angeordnet und unabhängig voneinander drehbar.
Der Bewegungsmechanismus 60A für ein optisches Element umfasst zum Beispiel einen Servomotor und ist innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 angeordnet, um das optische Element 62A zu drehen. Der Bewegungsmechanismus 60B für ein optisches Element umfasst zum Beispiel einen Servomotor und ist innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 angeordnet, um das optische Element 62B zu drehen. Die Bewegungsmechanismen 60A und 60B für optische Elemente drehen die optischen Elemente 62A bzw. 62B, wodurch eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls geändert wird, der durch die Abgabeöffnung 34 emittiert wird.
Zum Beispiel wird die Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls, der auf das optische Element 62B trifft, verändert, wenn der Bewegungsmechanismus 60B für ein optisches Element das optische Element 62B ausgehend von der in 10 dargestellten Position zu der in 11 dargestellten Position dreht.
Im Ergebnis wird eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändert, und die optische Achse A₁ des Laserstrahls, der durch die Abgabeöffnung 34 emittiert wird, kann ausgehend von der in 10 dargestellten Position nach links verschoben werden. Auf diese Weise verändern die Bewegungsmechanismen 60A und 60B für optische Elemente eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls, indem sie Drehwinkel der optischen Elemente 62A bzw. 62B verändern, wodurch die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ verschoben wird.
Die in 12 dargestellte Bewegungsvorrichtung 22 umfasst einen Strahlkopplungseinstellmechanismus 64. Gemäß der Ausführungsform, die in 12 dargestellt ist, treten mehrere Laserstrahlen Le in den Kopfgrundkörper 24 ein. Zum Beispiel treten die mehreren Laserstrahlen Le in den Kopfgrundkörper 24 in einer solchen Anordnung ein, dass die Strahlen um die Zentralachse der Abgabeöffnung 34 (d. h. die Zentralachse A₂ des Prozessgases) herum in im Wesentlichen gleichen Abständen ausgerichtet sind.
Zum Beispiel emittiert der Laseroszillator 14 die mehreren Laserstrahlen, und die emittierten Laserstrahlen Le treten durch mehrere optische Fasern 32 in den Kopfgrundkörper 24 ein. In diesem Fall kann der Laseroszillator mehrere Laseroszillatoren umfassen, von denen jeder einen Laserstrahl Le emittiert. Alternativ kann der Laseroszillator 14 einen Laserstrahl emittieren, und der emittierte Laserstrahl kann in mehrere der Laserstrahlen Le durch einen Strahlteiler (nicht gezeigt) geteilt werden, wobei die geteilten Strahlen Le in den Grundkörper 24 eintreten.
Ferner ist eine Strahlkopplungseinheit 66 innerhalb des Kopfgrundkörpers 24 vorgesehen. Die Strahlkopplungseinheit 66 stellt zusammen mit den optischen Elementen 26 das optische System des Bearbeitungskopfes 16 dar. Die Strahlkopplungseinheit 66 koppelt die mehreren Laserstrahlen Le, die in den Kopfkörper 24 eingetreten sind, und führt die gemischten Strahlen als einzelnen Laserstrahl zu den optischen Elementen 26.
Der Strahlkopplungseinstellmechanismus 64 stellt die Verteilung der Laserstrahlen Le ein, die in die Strahlkopplungseinheit 66 eintreten. Zum Beispiel ist der Strahlkopplungseinstellmechanismus 64 dazu eingerichtet, die Verteilung der mehreren Laserstrahlen Le einzustellen, die in die Strahlkopplungseinheit 66 eintreten, indem er zumindest einen der mehreren Laserstrahlen Le durch einen Spiegel abblockt (einen vollständig reflektierenden Spiegel oder einen teilreflektierenden Spiegel).
Wenn die Verteilung der Laserstrahlen Le auf diese Weise eingestellt ist, wird der Koppelmodus der mehreren Laserstrahlen Le in der Strahlkopplungseinheit 66 uneinheitlich, und die optische Achse A₁ des Laserstrahls, der durch die Abgabeöffnung 34 emittiert wird, wird parallel zur x-y-Ebene verlagert. Auf diese Weise stellt der Strahlkopplungseinstellmechanismus 64 die Verteilung der Laserstrahlen Le ein, die in die Strahlkopplungseinheit 66 eintreten, um den Koppelmodus in der Strahlkopplungseinheit 66 uneinheitlich einzustellen, wodurch eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls verändert wird.
Die Bewegungsvorrichtung 22 kann zumindest zwei von dem Endstückbewegungsmechanismus 45, dem Flussrateneinstellmechanismus 47, dem Bewegungsmechanismus 56 für eine optische Faser, dem Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element, dem Bewegungsmechanismus 60 für ein optisches Element und dem Strahlkopplungseinstellmechanismus 64 umfassen. Zum Beispiel kann die Bewegungsvorrichtung 22 den Endstückbewegungsmechanismus 45 und den Bewegungsmechanismus 58 für ein optisches Element umfassen, um die Position des Endstücks 30 zu verändern und zugleich eine Anordnung der optischen Achse des Laserstrahls zu verändern.
Als nächstes werden Funktionen der Lasermaschine 10 beschrieben. Die Lasermaschine 10 schneidet ein Werkstück W, wie dies in 13 gezeigt ist, zum Beispiel in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsprogramm 72. Das Bearbeitungsprogramm 72 wird im Vorhinein von einem Bediener vorbereitet und in dem Speicher 15 gespeichert. In dem Bearbeitungsprogramm 72 sind eine Schnittlinie I auf dem Werkstück W sowie ein Produktbereich E₁ und ein Verschnittbereich E₂ auf beiden Seiten der Linie I angegeben, die durch die Schnittlinie I getrennt sind.
Der Produktbereich E₁ ist ein Abschnitt des Werkstücks W, der als ein Produkt verwendet wird, wohingegen der Verschnittbereich E₂ ein Abschnitt ist, der nicht als Produkt verwendet wird. In einem Beispiel, das in 13 dargestellt ist, umfasst die Schnittlinie I mehrere ununterbrochene Schnittlinien I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇. Die Schnittlinie I₁ erstreckt sich ausgehend von einem Punkt P₁, der ein Startpunkt der Bearbeitung ist, linear nach vorne zu einem Punkt P₂. Die Schnittlinie I₂ ist ununterbrochen mit der Schnittlinie I₁ in einer geraden Linie verbunden und erstreckt sich ausgehend von dem Punkt P₂ linear nach vorne zu einem Punkt P₃.
Die Schnittlinie I₃ erstreckt sich in gekrümmter Weise in eine nach rechts vorne gerichtete Richtung von dem Punkt P₃ zu einem Punkt P₄. Die Schnittlinie I₄ erstreckt sich ausgehend von dem Punkt P₄ linear nach rechts zu einem Punkt P₅. Die Schnittlinie I₅ erstreckt sich ausgehend von dem Punkt P₅ in eine nach rechts hinten gerichtete Richtung zu einem Punkt P₆. Die Schnittlinie I₆ erstreckt sich in einer gekrümmten Weise in eine nach links hinten gerichtete Richtung von dem Punkt P₆ zu einem Punkt P₇. Die Schnittlinie I₇ erstreckt sich ausgehend von dem Punkt P₇ nach links zu dem Punkt P₂.
Daher sind gemäß dieser Ausführungsform die Schnittlinien I₁, I₂, I₄, I₅ und I₇ gerade Linien, wohingegen die Schnittlinien I₃ und I₆ gekrümmt sind (zum Beispiel bogenförmig). Die Lasermaschine 10 schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ in Pfeilrichtung in 13 mittels des Laserstrahls, der durch das Endstück 30 emittiert wird.
In dieser Hinsicht kann sich die Anforderung an eine Schneidqualität für den Produktbereich E₁ von derjenigen für den Verschnittbereich E₂ unterscheiden. Die Anforderung an eine Schneidqualität umfasst zum Beispiel Anforderungen bezüglich einer Abmessung der Schlacke, die an der Schneidstelle des Werkstücks W erzeugt wird, einer Rauigkeit der Schnittoberfläche des Werkstücks W und eines Öffnungswinkels der Schnittfuge, die zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ gebildet wird, wenn das Werkstück W zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I geschnitten wird.
Zum Beispiel ist es dann, wenn sich die Anforderung an eine Schneidqualität auf die Abmessung der Schlacke bezieht, als Anforderung an die Schneidqualität erforderlich, dass die Abmessung der Schlacke, die bei dem Produktbereich E₁ gebildet wird, der als ein Produkt verwendet wird, so gering wie möglich ist, wohingegen die Abmessung der Schlacke, die bei dem Verschnittbereich E₂ gebildet wird, der nicht als ein Produkt verwendet wird, vergleichsweise groß sein kann.
Als ein weiteres Beispiel ist es dann, wenn sich die Anforderung an eine Schneidqualität auf die Rauigkeit der Schnittoberfläche bezieht, als Anforderung an die Schneidqualität erforderlich, dass die Rauigkeit der Schnittoberfläche des Produktbereichs E₁ so gering wie möglich ist, wohingegen die Rauigkeit der Schnittoberfläche des Verschnittbereichs E₂ vergleichsweise groß sein kann. Als noch ein weiteres Beispiel ist es dann, wenn sich die Anforderung an eine Schneidqualität auf den Öffnungswinkel der Schnittfuge bezieht, als Anforderung an die Schneidqualität erforderlich, dass der Öffnungswinkel des Produktbereichs E₁ im Wesentlichen 0 Grad ist, wohingegen der Öffnungswinkel des Verschnittbereichs E₂ vergleichsweise groß sein kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben sich auf den Umstand konzentriert, dass während eines Schneidens entlang einer Schnittlinie zwischen zwei Bereichen dann, wenn die Zentralachse A₂ des Prozessgases relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls zu einem von zwei Bereichen verschoben wird, ein Unterschied in der Schneidqualität zwischen den beiden Bereichen auftritt, und sie haben herausgefunden, dass es möglich ist, eine befriedigende Schneidqualität des Produktbereichs E₁ wirksam zu erzielen, indem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ während des Schneidens entlang der Schnittlinie I zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ zu dem Produktbereich E₁ oder dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben beibehalten wird.
Im Folgenden werden mit Bezug auf 14 bis 16 Beispiele für ein Verschieben der Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L beschrieben. 14 stellt ein Beispiel dar, bei dem das Prozessgas B und der Laserstrahl L koaxial abgegeben werden, um die Schnittlinie I₁ zu schneiden. Wie in 13 dargestellt ist, sind Bereiche auf beiden Seiten der Schnittlinie I₁ der Verschnittbereich E₂.
Die Anforderungen an eine Schneidqualität sind daher auf beiden Seiten der Schnittlinie I₁ gleich. Folglich gibt die Lasermaschine 10 während des Schneiden der Schnittlinie I₁ den Laserstrahl L und das Prozessgas durch das Endstück 30 koaxial ab, um das Werkstück W mittels des Laserstrahls L zu schneiden. Im Ergebnis wird eine Schnittfuge K in dem Werkstück W ausgebildet, und das Werkstück W wird entlang der Schnittlinie I₁ geschnitten.
Andererseits sind dann, wenn das Werkstück W entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ geschnitten wird, ein Bereich auf einer Seite und ein Bereich auf der anderen Seite dieser Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ der Produktbereich E₁ und der Verschnittbereich E₂, für die die Anforderung an eine Schneidqualität unterschiedlich sind. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform behält die Lasermaschine 10 in Reaktion auf den Unterschied bezüglich der Anforderungen an eine Schneidqualität für den Produktbereich E₁ und den Verschnittbereich E₂ während des Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ oder zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben bei.
Zum Beispiel schneidet in einem Beispiel, das in 15 dargestellt ist, die Lasermaschine 10 das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₂ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ mittels des Laserstrahls L. Gemäß diesem Beispiel behält die Lasermaschine 10 während des Schneidens der Schnittlinie I₂ die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L zu dem Produktbereich E₁ um einen Verschiebungsbetrag δ verschoben bei.
Wenn die Zentralachse A₂ in dieser Weise verschoben wird, kann die Rate, mit der das Prozessgas B an dem Schneidpunkt des Werkstücks W auf den Produktbereich E₁ geblasen wird, größer sein als die Rate, mit der das Prozessgas B auf den Verschnittbereich E₂ geblasen wird. Folglich ist es auch dann, wenn ein Bereitstellungsdruck SP des Prozessgases an das Endstück 30, der als eine Bearbeitungsbedingung definiert ist, niedriger eingestellt wird als eine Bearbeitungsbedingung für den Fall, dass das Prozessgas B und der Laserstrahl L koaxial abgegeben werden (im Folgenden als „Normalbetrieb“ bezeichnet), möglich, eine ausreichende Fließgeschwindigkeit des Prozessgases zu erzielen, das an der Schneidstelle auf den Produktbereich geblasen wird.
Im Ergebnis kann selbst dann, wenn die Bearbeitungsbedingung (zum Beispiel der Bereitstellungsdruck SP) niedriger eingestellt ist als diejenige für den Normalbetrieb, ein geschmolzenes Material des Werkstücks W, das von dem Laser L erzeugt wird, durch das Prozessgas B weggeblasen werden, das mit hinreichender Fließgeschwindigkeit auf den Produktbereich E₁ geblasen wird, wodurch es möglich ist, die Abmessung der Schlacke, die auf einer Rückseite (d. h. einer Oberfläche auf der Unterseite) des Produktbereichs E₁ gebildet wird, auf einen niedrigeren Wert zu bringen, der die Anforderung an eine Schneidqualität erfüllen kann.
Andererseits behält die Lasermaschine 10 in einem Beispiel, das in 16 dargestellt ist, während des Schneidens entlang der Schnittlinie I₂ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L zu dem Verschnittbereich E₂ hin um einen Verschiebungsbetrag δ verschoben bei. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben erkannt, dass beim Schneiden des Werkstücks W mit dem Laserstrahl die Rauigkeit der Schnittoberfläche in einigen Fällen größer (d. h. grober) wird, wenn die Fließgeschwindigkeit des Prozessgases, das auf die Schneidstelle geblasen wird, während des Schneidens größer ist. Dies legt es nahe, dass die Rauigkeit der Schnittoberfläche kleiner (glatter) werden kann, wenn die Fließgeschwindigkeit des Prozessgases B, das auf die Schneidstelle geblasen wird, kleiner ist.
Wenn die Zentralachse A₂ des Prozessgases B zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben ist, wie dies in 16 dargestellt ist, wird die Rate kleiner, mit der das Prozessgas B auf den Produktbereich E₁ geblasen wird, was die Fließgeschwindigkeit des Prozessgases B verringern kann, das an der Schneidstelle auf den Produktbereich E₁ geblasen wird. Folglich ist es dann, wenn als Anforderung an eine Schneidqualität die Schnittoberfläche des Produktbereichs E₁ klein sein muss, möglich, die Rauigkeit der Schnittoberfläche des Produktbereichs E₁ auf einen Wert zu bringen, der der Anforderung an eine Schneidqualität genügt, indem die Zentralachse A₂ zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben wird, wir dies in 16 dargestellt ist.
Das Steuern des Verschiebens der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ oder dem Verschnittbereich E₂ hin, wie es oben beschrieben wurde, kann auch auf ein Schneiden entlang der Schnittlinien I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ angewendet werden. Auf diese Weise behält die Lasermaschine 10 einen Zustand bei, in dem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ oder dem Verschnittbereich E₂ hin in Reaktion auf die Unterschiede bezüglich der Anforderung an eine Schneidqualität verschoben ist, während entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ geschnitten wird.
Mit Bezug auf 1 und 2 speichert der Speicher 15 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Datentabelle 70. In der Datentabelle 70 sind Daten der Bearbeitungsbedingungen für ein Schneiden der Werkstücks W unter Verwendung des Bearbeitungskopfes 16 und Verschiebungsbeträge δ, um welche die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L verschoben ist, in Verbindung miteinander gespeichert.

Ein Beispiel der Datentabelle 70 ist in untenstehender Tabelle 1 beschrieben. Tabelle 1

Bearbeitungsbedingung
Werkstückmaterial	Werkstückdicke	Bearbeitungsgeschwindigkeit	Endstückdurchmesser	Bereitstellungsdruck	Fokusposition	Ausgabeeigenschaftswert	Verschiebungsbetrag
Material 1	t₁	v₁	ϕ₁	SP₁	z₁	OP₁	δ₁
Material 2	t₂	v₂	ϕ₂	SP₂	z₂	OP₂	δ₂
Material 3	t₃	v₃	ϕ₃	SP₃	z₃	OP₃	δ₃
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Material n	t_n	v_n	ϕ_n	SP_n	z_n	OP_n	δ_n

Wie in Tabelle 1 dargestellt ist, umfassen die Bearbeitungsbedingungsdaten in der Datentabelle 70 ein Material des Werkstücks W, das bearbeitet werden soll, eine Dicke t des Werkstücks W, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit v, mit der das Werkstück W geschnitten wird, einen Endstückdurchmesser ϕ des Bearbeitungskopfes 16, einen Bereitstellungsdruck SP des Prozessgases, eine Fokusposition z des Laserstrahls und einen Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls.
Das Material des Werkstücks ist zum Beispiel Edelstahl (SUS301, SUS304, etc.), Nickel, Kupfer, etc. Die Dicke t des Werkstücks W ist eine Dicke in z-Achsen-Richtung (oder in die Richtung der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L, der ausgestrahlt werden soll), wenn das Werkstück W auf dem Arbeitstisch 38 aufgestellt ist. Die Bearbeitungsgeschwindigkeit v ist eine Geschwindigkeit des Laserstrahls L relativ zu dem Werkstück, wenn das Werkstück W geschnitten ist, und kann eine Durchschnittsgeschwindigkeit, eine maximale Geschwindigkeit oder eine niedrigste Geschwindigkeit sein. Der Endstückdurchmesser ϕ ist ein Durchmesser (oder Radius) der Abgabeöffnung 34 des Endstücks 30.
Der Bereitstellungsdruck SP ist ein Druck des Prozessgases, das von der Prozessgasversorgungsvorrichtung 18 in die Kammer 26 des Bearbeitungskopfes 16 hinein bereitgestellt wird. Die Fokusposition z des Laserstrahls L ist eine Fokusposition des Laserstrahls L, der von dem optischen Element (Fokussierlinse) 26 fokussiert wird, und ist als z-Achsen-Koordinate repräsentiert. Der Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls L umfasst zum Beispiel eine Laserleistung des Laserstrahls L oder einen Laserleistungsbefehlswert, der an den Laseroszillator 14 übermittelt wird; oder eine Frequenz oder relative Einschaltdauer, wenn der Laseroszillator 14 einen PW-Laserstrahl (gepulste Oszillation) emittiert.
In der Datentabelle 70 sind die Verschiebungsbeträge δ in Verbindung mit den verschiedenen Bearbeitungsbedingungen gespeichert. Es ist zu beachten, dass zwei unterschiedliche Datentabellen 70A und 70B für einen Fall vorbereitet werden können, in dem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ auf den Produktbereich E₁ zu verschoben werden soll (d. h. für einen Fall, in dem die Anforderung an die Schneidqualität eine Abmessung der Schlacke ist), und für einen Fall, in dem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ auf den Verschnittbereich E₂ zu verschoben werden soll (d. h. für einen Fall, in dem die Anforderung an die Schneidqualität eine Rauigkeit der Schnittoberfläche ist).
Indem auf die Datentabelle 70 zurückgegriffen wird, kann der Verschiebungsbetrag δ eindeutig bestimmt werden, der den Anforderungen an eine Schneidqualität unter den entsprechenden Bearbeitungsbedingungen genügt, wenn die Bearbeitungsbedingungen festgelegt werden. Falls zum Beispiel ein Bediener als Bearbeitungsbedingungen das Material des Werkstücks W als „Material 2“ und die Dicke t desselben als „t₂“ eingibt, bestimmt der Prozessor 13 andere Bearbeitungsbedingungen derart, dass die Bearbeitungsgeschwindigkeit v „v₂“, der Endstückdurchmesser ϕ „ϕ₂“, der Bereitstellungsdruck SP „SP₂“, die Fokusposition z „z₂“ und der Ausgabeeigenschaftswert „OP₂“ ist und bestimmt den Verschiebungsbetrag δ als „δ₂“.
Als nächstes werden die Einzelheiten der Laserbearbeitung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Als Vorgang zur Vorbereitung der Laserbearbeitung empfängt der Prozessor 13 zum Beispiel eine Eingabe von Information bezüglich der Anforderung an eine Schneidqualität. Der Bediener gibt als die Information bezüglich der Anforderung an eine Schneidqualität Information wie beispielsweise die Abmessung der Schlacke oder die Rauigkeit der Schnittoberfläche ein, und der Prozessor 13 bestimmt dann anhand der eingegebenen Information bezüglich der Anforderung an eine Schneidqualität die Richtung, in die die Zentralachse A₂ verschoben werden soll (d. h. die Richtung auf den Produktbereich E₁ zu oder die Richtung auf den Verschnittbereich E₂ zu). Alternativ kann der Bediener unmittelbar die Richtung in die Steuervorrichtung 12 eingeben, in die die Achse A₂ verschoben werden soll.
Ferner empfängt der Prozessor 13 die Bearbeitungsbedingung (zum Beispiel das Material und die Dicke t des Werkstücks) von dem Bediener. Dann bestimmt der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ, indem er die eingegebene Bearbeitungsbedingung auf die Datentabelle 70 anwendet, die der eingegebenen Anforderung an eine Schneidqualität entspricht (d. h. die Richtung, in die die Zentralachse A₂ verschoben werden soll). Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem die empfangene Anforderung an eine Schneidqualität die Abmessung der Schlacke betrifft und in dem die Zentralachse A₂ des Prozessgases B während eines Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ hin verschoben werden soll.
Der Prozessor 13 der Steuervorrichtung 12 führt eine Laserbearbeitung zum Schneiden des Werkstücks W in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm 72 durch, in dem die bestimmte Bearbeitungsbedingung und der bestimmte Verschiebungsbetrag δ festgelegt sind. Im Speziellen betreibt der Prozessor 13 den Bewegungsmechanismus 20, um den Bearbeitungskopf 16 relativ zu dem Werkstück W derart anzuordnen, dass die optische Achse A₁ des Laserstrahls L den Punkt P₂ schneidet (13).
Anschließend sendet der Prozessor 13 einen Befehl an die Prozessgasversorgungsvorrichtung 18, um die Bereitstellung des Prozessgases an das Endstück 30 zu beginnen, und er sendet zudem einen Befehl an den Laseroszillator 14, um den Laserstrahl von dem Laseroszillator 14 zu emittieren. Im Ergebnis werden der Laserstrahl L und das Prozessgas B von der Abgabeöffnung 34 des Endstücks 30 abgegeben und an dem Punkt P₁ wird durch den Laserstrahl L ein Durchdringen durchgeführt, wodurch ein Durchgangsloch an dem Punkt P₁ ausgebildet wird. Wenn das Durchdringen durchgeführt wird, ordnet die Bewegungsvorrichtung 22 den Laserstrahl L und das Prozessgas B koaxial zueinander an.
Als nächstes betreibt der Prozessor 13 den Bewegungsmechanismus 20, um den Laserstrahl L relativ zu dem Werkstück W nach vorne zu bewegen, und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₁ von dem Punkt P₁ zu dem Punkt P₂. In dem Bearbeitungsprogramm 72 sind Bereiche auf beiden Seiten der Schnittlinie I₁ von dem Punkt P₁ zu dem Punkt P₁ (dritter und vierter Bereich) jeweils als der Verschnittbereich E₂ angegeben. Folglich behält der Prozessor 13 den Laserstrahl L und das Prozessgas B in einem koaxialen Zustand bei, während das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₁ geschnitten wird, da sich die Anforderungen an eine Schneidqualität in den Bereichen auf beiden Seiten der Schnittlinie I₁ nicht unterscheiden.
Wenn der Laserstrahl L den Punkt P₂ erreicht (oder unmittelbare vor Erreichen desselben), betreibt der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22, um die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit dem Verschiebungsbetrag δ zu dem Produktbereich E₁ hin zu verschieben. Im Ergebnis wird die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ um den Verschiebungsbetrag δ zu dem Produktbereich E₁ hin verschoben, wie dies in 15 dargestellt ist.
Dann betreibt der Prozessor 13 den Bewegungsmechanismus 20, um den Laserstrahl L relativ zu dem Werkstück W linear nach vorne zu bewegen, während die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ verschoben beibehalten wird, und schneidet das Werkstück W mittels des Laserstrahls L entlang der Schnittlinie I₂ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ von dem Punkt P₂ zu dem Punkt P₃.
Als nächstes bewegt der Prozessor 13 den Laserstrahl L in einer gekrümmten Weise in die nach rechts vorne gerichtete Richtung relativ zu dem Werkstück W und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₃ von dem Punkt P₃ zu dem Punkt P₄. Als nächstes bewegt der Prozessor 13 den Laserstrahl L relativ zu dem Werkstück W von dem Punkt P₄ zu dem Punkt P₅ linear nach rechts und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie 14, und er bewegt anschließend den Laserstrahl L linear in die nach rechts hinten gerichtete Richtung relativ zum Werkstück W von dem Punkt P₅ zu dem Punkt P₆ und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₅.
Als nächstes bewegt der Prozessor 13 den Laserstrahl L in einer gekrümmten Weise in die nach links hinten gerichtete Richtung relativ zu dem Werkstück W und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₆ von dem Punkt P₆ zu dem Punkt P₇, und anschließend bewegt er den Laserstrahl relativ zu dem Werkstück W von dem Punkt P₇ zu dem Punkt P₂ nach links und schneidet das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₇. Im Ergebnis wird der Produktbereich E₂ des Werkstücks W von dem Verschnittbereich E₂ abgeschnitten.
Der Prozessor 13 behält während des Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ den Zustand bei, in dem die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ hin verschoben ist. Zum Beispiel steuert der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22, um die Zentralachse A₂ zu dem Produktbereich E₁ hin in eine Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsrichtung (d. h. zu der Richtung, in die der Laserstrahl L sich relativ zu dem Werkstück W bewegt) und parallel zu der x-y-Ebene zu verschieben.
Es ist zu beachten, dass dann, wenn die empfangene Anforderung an eine Schneidqualität sich auf die Rauigkeit der Schnittoberfläche bezieht, der Prozessor 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Bewegungsvorrichtung 22 steuern kann, um die Zentralachse des Prozessgases B während des Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Verschnittbereich E₂ hin zu verschieben.
Wie oben beschrieben wurde, behält die Steuervorrichtung 12 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Reaktion auf den Unterschied in der Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlacke oder Oberflächenrauigkeit des Schnitts) während des Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ oder zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben bei. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, der Anforderung an eine Schneidqualität des Produktbereichs E₁ wirksam zu genügen, wenn der Produktbereich E₁ und der Verschnittbereich E₂, die unterschiedliche Anforderungen an eine Schneidqualität haben, auf beiden Seiten der Schneidstelle (Schnittfuge K) spezifiziert sind.
Ferner kann in einem Fall, in dem die Anforderung an eine Schneidqualität sich beispielsweise auf die Abmessung der Schlacke bezieht, selbst dann, wenn der Bereitstellungsdruck SP des Prozessgases als die Bearbeitungsbedingung niedriger eingestellt wird, wie dies oben beschrieben wurde, die Fließgeschwindigkeit des Prozessgases B, das auf den Produktbereich E₁ an der Schneidstelle geblasen wird, ausreichend sein, und es ist daher möglich, die Abmessung der Schlacke, die an der Schneidstelle des Produktbereichs E₁ gebildet wird, auf einen Wert zu bringen, der der Anforderung an eine Schneidqualität genügt. Daher ist es möglich, der Anforderung an eine Schneidqualität des Produktbereichs E₁ zu genügen, wenn zugleich die Bearbeitungsbedingung niedrig eingestellt wird.
Es ist zu beachten, dass gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der Laserstrahl L und das Prozessgas durch das Endstück 30 koaxial abgegeben werden, während die Steuervorrichtung 12 die Schnittlinie I₁ schneidet. Die Steuervorrichtung 12 kann jedoch zu dem Zeitpunkt des Durchdringens oder unmittelbar nach dem Durchdringen die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ oder zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschieben und den Zustand beibehalten, in dem die Zentralachse A₂ während des Schneidens der Schnittlinie I₁ relativ zu der optischen Achse A₁ verschoben ist.
Als nächstes wird eine Lasermaschine 80 gemäß einer weiteren Ausführungsform mit Bezug auf 17 und 18 beschrieben. Die Lasermaschine 80 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Lasermaschine 10 darin, dass die Lasermaschine 80 ferner eine Programmerzeugungsvorrichtung 82 umfasst. Die Programmerzeugungsvorrichtung 82 ist zum Beispiel ein Computer wie beispielsweise ein CAD und CAM und umfasst einen Prozessor, einen Speicher, eine Eingabevorrichtung (eine Tastatur, eine Maus, ein Touch Panel, etc.) und eine Anzeige (ein LCD, ein organisches EL, etc., nicht dargestellt).
Ein Bediener bedient die Eingabevorrichtung, um Zeichnungsdaten eines Werkstücks zu erzeugen, das bearbeitet werden soll, während die Anzeige der Programmerzeugungsvorrichtung 82 gezeigt wird. Im Folgenden wird ein Fall beschrieben, in dem der Bediener Zeichnungsdaten des in 13 dargestellten Werkstücks W unter Verwendung der Programmerzeugungsvorrichtung 82 erzeugt.
Der Bediener bedient die Eingabevorrichtung der Programmerzeugungsvorrichtung 82, um die Schnittlinie I, den Produktbereich E₁ und den Verschnittbereich E₂ auf der Grundlage von Bildinformation des Werkstücks W anzugeben, während ein Bild der erzeugten Zeichnungsdaten des Werkstücks W angezeigt wird. Auf der Grundlage von Bildinformation der Schnittlinie I, des Produktbereichs E₁ und des Verschnittbereichs E₂, die von dem Bediener angegeben wurden, bestimmt der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 automatisch eine Bearbeitungsgeschwindigkeit v, wenn zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I geschnitten wird.
Beispielsweise bestimmt der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit v in Abhängigkeit von einer Form der Trajektorie der Schnittlinie I zu ändern. Zum Beispiel werden dann, wenn die Schneidgeschwindigkeiten v bei einem Schneiden zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ als Schneidgeschwindigkeiten v_I1, v_I2, v_I3, v_I4, v_I5, v_I6 und v_I7 festgelegt sind, die Schneidgeschwindigkeiten v_I1, v_I2, v_I4, v_I5 und v_I7 beim Schneiden entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₄, I₅ und I₇ auf eine vorbestimmte Geschwindigkeit v_H eingestellt.
Andererseits stellt der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Schneidgeschwindigkeiten v_I3,und v_I6 beim Schneiden entlang der gekrümmten Schnittlinien I₃ und I₆ auf eine Geschwindigkeit v_L ein, die kleiner ist als die Geschwindigkeit v_H (d. h. v_L < v_H). Auf diese Weise stellt der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Bearbeitungsgeschwindigkeit ein, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit v in Reaktion auf eine Form der Trajektorie der Schnittlinie I zu ändern.
Es ist zu beachten, dass die Schneidgeschwindigkeiten v_I1, v_I2, v_I4, v_I5 und v_I7 größer eingestellt werden können als die Schneidgeschwindigkeiten v_I3,und v_I6, und derart, dass sie sich voneinander unterscheiden. Die Schneidgeschwindigkeiten v_I3,und V_I6 können ebenfalls derart eingestellt werden, dass sie sich voneinander unterscheiden. Anstelle eines manuellen Angebens der Schnittlinie I, der Produktbereichs E₁ und des Verschnittbereichs E₂ durch den Bediener kann der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Schnittlinie I, den Produktbereich E₁ und den Verschnittbereich E₂ auf der Grundlage der Zeichnungsdaten des Werkstücks W automatisch angeben, die von dem Bediener erzeugt wurden.
Als nächstes bedient der Bediener die Eingabevorrichtung der Programmerzeugungsvorrichtung 82, um die Daten der entsprechenden Bearbeitungsbedingungen einzugeben. Im Speziellen gibt der Bediener von den oben beschriebenen Bearbeitungsbedingungen das Material des Werkstücks W, die Dicke t des Werkstücks W, den Endstückdurchmesser ϕ des Bearbeitungskopfes 16, den Bereitstellungsdruck SP des Prozessgases, die Fokusposition z des Laserstrahls und den Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls ein.
Andererseits wird die Schneidgeschwindigkeit v in Reaktion auf die Schnittlinie I bestimmt. Anschließend stellt der Bediener den Verschiebungsbetrag δ manuell derart ein, dass er sich in Übereinstimmung mit der bestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeit v verändert. Dabei kann der Bediener den Verschiebungsbetrag δ auswählen, der mit Bezug auf die Datentabelle 70, die in dem Speicher 15 gespeichert ist, für die Bearbeitungsgeschwindigkeit v geeignet ist.
Genauer gesagt kann ein kleinerer Verschiebungsbetrag δ bestimmt werden, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit v größer ist. In diesem Fall wird der Verschiebungsbetrag δ auf δ_H eingestellt, wenn zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₄, I₅ und I₇ mit der Schneidgeschwindigkeit v_H geschnitten wird, wohingegen der Verschiebungsbetrag δ auf δ_L größer δ_H (d. h. δ_L > δ_H) eingestellt werden kann, wenn zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinien I₃ und I₆ mit der Schneidgeschwindigkeit v_L geschnitten wird.
Anstatt eines manuellen Einstellens des Verschiebungsbetrags δ durch den Bediener kann der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Verschiebungsbeträge δ_H und δ_L in Übereinstimmung mit den Schneidgeschwindigkeiten v_H und v_L automatisch einstellen. In diesem Fall greift der Prozessor auf die Datentabelle 70 zu und liest die optimalen Verschiebungsbeträge δ_H und δ_L aus der Datentabelle 70 anhand der bestimmten Schneidgeschwindigkeiten v_H und v_L sowie anhand der Daten der Bearbeitungsbedingungen aus, die von der Bearbeitungsgeschwindigkeit verschieden sind.
Auf diese Weise wird ein Bearbeitungsprogramm 84 (18) von der Programmerzeugungsvorrichtung 82 erzeugt. In diesem Bearbeitungsprogramm 84 sind die Schnittlinie I, der Produktbereich E₁ und der Verschnittbereich E₂ auf dem Werkstück W spezifiziert, und das Material und die Dicke t des Werkstücks W, der Endstückdurchmesser ϕ, der Bereitstellungsdruck SP, die Fokusposition z und der Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls L sowie die Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L, die in Reaktion auf die Schnittlinie I bestimmt wurden, sind als Bearbeitungsbedingungen festgelegt. Ferner ist in dem Bearbeitungsprogramm 84 der Verschiebungsbetrag δ festgelegt, der in Übereinstimmung mit den Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L eingestellt wurde.
Wenn das Werkstück W entlang der Schnittlinie I in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm 84 geschnitten wird, wie dies oben beschrieben wurde, ändert der Prozessor 13 während des Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ des Prozessgases B und der optischen Achse A₁ des Laserstrahls in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v.
Im Speziellen betreibt der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22, um die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ (oder zu dem Verschnittbereich E₂) hin um den Verschiebungsbetrag δ verschoben beizubehalten, während entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₄, I₅ und I₇ geschnitten wird, wohingegen sie den Verschiebungsbetrag δ ändert, um die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ (oder zu dem Verschnittbereich E₂) hin um den Verschiebungsbetrag δ_L (>δ_H) verschoben beizubehalten, während entlang der Schnittlinien I₃ und I₆ geschnitten wird.
Es ist zu beachten, dass der Prozessor 13 beim Ausführen des Bearbeitungsprogramms zum Schneiden des Werkstücks W die Bearbeitungsgeschwindigkeit v (d. h. eine Bewegungsgeschwindigkeit des Laserstrahls L relativ zu dem Werkstück W) erfassen und den Verschiebungsbetrag δ steuern kann, indem sie die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit der erfassten Bearbeitungsgeschwindigkeit v verändert.
Die Bearbeitungsgeschwindigkeit v kann anhand der Rückmeldung gewonnen werden, die von dem Servomotor des Bewegungsmechanismus 20 übermittelt wird (zum Beispiel eine Drehzahl, die von einem Geber übermittelt wird, der dazu eingerichtet ist, die Drehzahl des Servomotors zu erkennen). In diesem Fall stellt der in dem Servomotor des Bewegungsmechanismus 20 vorgesehene Geber eine Bearbeitungsgeschwindigkeitserfassungseinheit dar, die dazu eingerichtet ist, die Bearbeitungsgeschwindigkeit v zu erfassen.
Beispielsweise kann der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ auf δ_L einstellen, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, die während eines Schneidens des Werkstücks erfasst wurde, kleiner ist als ein erster Schwellenwert v_th1 (d. h. v < v_th1), wohingegen sie den Verschiebungsbetrag δ auf δ_H (<δ_L) einstellt, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit v größer ist als der erste Schwellenwert v_th1 (v ≥ v_th1).
Der Prozessor 13 kann insgesamt „n“ Schwellenwerte (n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2) von dem ersten Schwellenwert v_th1 bis zu einem n-ten Schwellenwert v_th(n) für die Bearbeitungsgeschwindigkeit v einstellen und den Verschiebungsbetrag δ in mehreren Schritten in Abhängigkeit von dem Betrag der Bearbeitungsgeschwindigkeit v derart steuern, dass der Verschiebungsbetrag δ kleiner wird, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit v größer wird. Ferner kann der Prozessor 13 eine Beschleunigung anstelle der Bearbeitungsgeschwindigkeit v erfassen.
Wie oben beschrieben wurde, bestimmen gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Bediener oder die Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L auf der Grundlage der Bildinformation des Werkstücks W, und die Steuervorrichtung 12 ändert die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die bestimmten Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L während eines Schneidens entlang der Schnittlinie I.
Falls das Werkstück W mit einer größeren Bearbeitungsgeschwindigkeit v geschnitten wird, kann eine Breite w in die Richtung senkrecht zu der Bearbeitungsrichtung der Schnittfuge K, die zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ gebildet wird, kleiner sein als diejenige in einem Fall, in dem das Schneiden mit einer geringeren Bearbeitungsgeschwindigkeit v durchgeführt wird. Falls die Schnittfugenbreite w auf diese Weise klein ist, ist es möglich, der Anforderung an eine Schneidqualität des Produktbereichs E₁ zu genügen, auch wenn der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ klein eingestellt ist. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, der Anforderung an eine Schneidqualität des Produktbereichs E₁ wirksam zu genügen, da die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit den Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L während der Laserbearbeitung präziser gesteuert wird.
Zusätzlich bestimmt der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 gemäß der vorliegenden Ausführungsform automatisch die Bearbeitungsgeschwindigkeiten v_H und v_L auf der Grundlage der Bildinformation des Werkstücks W. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Arbeit des Erstellens des Bearbeitungsprogramms 84 zu vereinfachen. Ferner kann die Arbeit des Erstellens des Bearbeitungsprogramms 84 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ferner vereinfacht werden, wenn der Prozessor der Programmerzeugungsvorrichtung 82 die Verschiebungsbeträge δ_H und δ_L in Übereinstimmung mit den Schneidgeschwindigkeiten v_H und v_L automatisch einstellt.
Als nächstes wird eine Lasermaschine 90 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform mit Bezug auf 19 und 20 beschrieben. Die Lasermaschine 90 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Lasermaschine 10 dahingehend, dass die Lasermaschine 90 ferner einen Temperatursensor 92 umfasst. Der Temperatursensor 92 erfasst eine Temperatur T des Werkstücks W, während das Werkstück W mittels des Laserstrahls L geschnitten wird. Beispielsweise erfasst der Temperatursensor 92 eine Temperatur T₁ einer vorderen Oberfläche (oder einer oberen Oberfläche) des Produktbereichs E₁ auf einer Seite der gebildeten Schnittfuge K während des Schneidens des Werkstücks W.
Als ein weiteres Beispiel erfasst der Temperatursensor 92 die Temperatur T₁ auf der vorderen Oberfläche des Produktbereichs E₁ auf einer Seite der gebildeten Schnittfuge K und die Temperatur T₂ auf einer vorderen Oberfläche des Verschnittbereichs E₂ auf der anderen Seite der Schnittfuge K während des Schneidens des Werkstücks W. In diesem Fall kann ein einzelner Temperatursensor 92 die Temperaturen T₁ und T₂ auf beiden Seiten der Schnittfuge K erfassen, oder der Temperatursensor 92 kann einen ersten Temperatursensor 92A, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur T₁ des Produktbereichs E₁ zu erfassen, und einen zweiten Temperatursensor 92B umfassen, der dazu eingerichtet ist, die Temperatur T₂ des Verschnittbereichs E₂ zu erfassen.
Der Temperatursensor 92 erfasst die Temperatur T des Werkstücks W an einer Position in der Nähe der optischen Achse A₁ auf einer hinteren Seite der Bewegungsrichtung des Laserstrahls L relativ zu dem Werkstück W. In anderen Worten erfasst der Temperatursensor 92 die Temperatur T des Werkstücks W auf einer Seite (oder auf beiden Seiten) der Schnittfuge K unmittelbar nach dem Ausbilden der Schnittfuge K durch den Laserstrahl L.
Die Steuervorrichtung 12 steuert die Bewegungsvorrichtung 22, um die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ des Prozessgases und der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L in Reaktion auf die von dem Temperatursensor 92 erfasste Temperatur T während des Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I zu ändern. Eine derartige Steuerung wird unten beschrieben.
Da die Temperatur der Schlacke, die durch die Laserbearbeitung erzeugt wird, hoch ist, wird dann, wenn die Schlacke mit einer großen Abmessung auf einer hinteren Oberfläche des Produktbereichs E₁ oder des Verschnittbereichs E₂ erzeugt wird, die Wärme der Schlacke von der hinteren Oberfläche zu der vorderen Oberfläche geleitet, wodurch sich die Temperatur der vorderen Oberfläche gegenüber dem Fall erhöht, dass keine Schlacke erzeugt wird. Daher wird angenommen, dass die Temperatur T des Produktbereichs E₁ und des Verschnittbereichs E₂ während der Laserbearbeitung mit der Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) zusammenhängt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ändert die Steuervorrichtung 12 den Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit der Temperatur, die von dem Temperatursensor 92 während eines Schneidens des Werkstücks W entlang der Schnittlinie I erfasst wird. Im Folgenden wird ein Betriebsablauf der Lasermaschine 90 mit Bezug auf 21 beschrieben.
Der Prozessor 13 der Steuervorrichtung 12 führt den in 21 dargestellten Ablauf in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsprogramm 94 aus, das in dem Speicher 15 gespeichert ist. Folglich sind verschiedene Befehle zum Ausführung des in 21 dargestellten Ablaufs in dem Bearbeitungsprogramm 94 definiert. Der in 21 dargestellte Ablauf wird gestartet, wenn der Prozessor 13 einen Laserbearbeitungsstartbefehl von einem Bediener, einem Hostcontroller oder dem Bearbeitungsprogramm 94 erhält.
In Schritt S1 startet der Prozessor 13 die Laserbearbeitung. Im Speziellen führt der Prozessor 13 ähnlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform an dem Punkt P₁ ein Durchdringen mittels des Laserstrahls L durch und steuert dann den Bewegungsmechanismus 20 derart, dass der Laserstrahl L relativ zu dem Werkstück bewegt wird, um das Werkstück W zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zu schneiden. Auf das Durchdringen hin und während des Schneidens des Verschnittbereichs E₂ entlang der Schnittlinie I₁ gibt der Prozessor 13 das Prozessgas und den Laserstrahl koaxial ab.
Während des Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinien I₁, I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ betreibt der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22, um die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahl L zu dem Produktbereich E₁ hin verschoben beizubehalten. Hier verschiebt der Prozessor 13 die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ um einen anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀, wenn der Laserstrahl L den Punkt P₂ erreicht, der ein Ausgangspunkt der Schnittlinie I₂ ist.
Dieser anfängliche Verschiebungsbetrag δ₀ kann anhand der Datentabelle 70 bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Prozessor 13 dann, wenn der Bediener die Bearbeitungsbedingungen vor der Laserbearbeitung bestimmt (zum Beispiel das Material und die Dicke t des Werkstücks W), den Verschiebungsbetrag δ aus der Datentabelle 70 auslesen, der den bestimmten Bearbeitungsbedingungen entspricht, und ihn als den anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ bestimmen.
In Schritt S2 startet der Prozessor 13 die Erfassung der Temperatur T durch den Temperatursensor 92. Wenn zum Beispiel der Temperatursensor 92 als die Temperatur T die Temperatur T₁ auf der vorderen Oberfläche des Produktbereichs E₁ erfasst, erfasst der Prozessor 13 anschließend (zum Beispiel periodisch) von dem Temperatursensor 92 die Temperatur T₁, die während des Schneidens des Werkstücks W von dem Temperatursensor 92 erfasst wurde.
Wenn gemäß einem weiteren Beispiel der Temperatursensor 92 als die Temperatur T die Temperatur T₁ auf der vorderen Oberfläche des Produktbereichs E₁ und die Temperatur T₂ auf der vorderen Oberfläche des Verschnittbereichs E₂ erfasst, erfasst der Prozessor 13 anschließend (zum Beispiel periodisch) von dem Temperatursensor 92 die Temperaturen T₁ und T₂, die während des Schneidens des Werkstücks W mittels des Laserstrahls L von dem Temperatursensor 92 erfasst wurden.
In Schritt S3 bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt von dem Temperatursensor 92 erfasste Temperatur T gleich ist wie oder größer ist als der erste Schwellenwert T_th1 oder nicht. Wenn zum Beispiel die Temperatur T₁ von dem Temperatursensor 92 erfasst wird, bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt erfasste Temperatur T₁ gleich ist wie oder größer ist als ein erster Schwellenwert T_{th1_1} (T₁ ≥ T_{th1_1}) oder nicht. Der erste Schwellenwert T_{th1_1} ist für die Temperatur T₁ vorbestimmt und in dem Speicher 15 gespeichert.
Wenn gemäß einem weiteren Beispiel die Temperaturen T₁ und T₂ von dem Temperatursensor 92 erfasst werden, berechnet der Prozessor 13 eine Temperaturdifferenz T_Δ zwischen den zuletzt erfassten Temperaturen T₁ und T₂ (d. h. T_Δ = T₁ - T₂) und bestimmt, ob die Temperaturdifferenz T_Δ gleich ist wie oder größer ist als ein erster Schwellenwert T_{th1_2} (T_Δ ≥ T_{th1_2}) oder nicht. Der erste Schwellenwert T_{th1_2} ist für die Temperaturdifferenz T_Δ vorbestimmt und in dem Speicher 15 gespeichert.
Alternativ berechnet der Prozessor 13 ein Temperaturverhältnis R_T der Temperatur T₁ zu der Temperatur T₂, die zuletzt erfasst wurden (d. h. R_T = T₁ / T₂) und bestimmt, ob das Temperaturverhältnis R_T gleich ist wie oder größer ist als ein erster Schwellenwert T_{th1_3} (R_T ≥ T_{th1_3}) oder nicht. Der erste Schwellenwert T_{th1_3} ist für das Temperaturverhältnis R_T vorbestimmt und in dem Speicher 15 gespeichert.
In dieser Hinsicht zeigt die Temperatur T₁ die Temperatur auf der vorderen Oberseite des Produktbereichs E₁ unmittelbar an, und die Temperaturdifferenz T_Δ und das Temperaturverhältnis R_T zeigen die Temperatur auf der vorderen Oberfläche des Produktbereichs E₁ als einen relativen Wert bezüglich der Temperatur auf der vorderen Oberfläche des Verschnittbereichs E₂ an. Folglich kann jede der Temperaturen T₁, T_Δ oder R_T als mit einer Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Produktbereichs E₁ zusammenhängend angenommen werden.
Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Temperatur T (T₁, T_Δ oder R_T) gleich ist wie oder größer ist als der erste Schwellenwert T_th1 (T_{th1_1}, T_{th1_2} oder T_{th_3}) (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S5 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits bestimmt, dass die Temperatur T kleiner ist als der erste Schwellenwert T_th1 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S4 fort.
In Schritt S4 steuert der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ dem anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ entspricht. Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₂ zu dem Produktbereich E₁ um den anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ verschoben beibehalten.
In Schritt S5 gibt der Prozessor 13 einen ersten Alarm aus. Zum Beispiel erzeugt der Prozessor 13 ein Audiosignal oder ein Bildsignal, das „Es besteht die Möglichkeit, dass eine Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlack) des Produktbereichs nicht erfüllt ist“ anzeigt, und gibt es durch einen Lautsprecher oder eine Anzeige (nicht dargestellt) aus, der/die an der Steuervorrichtung 12 bereitgestellt ist.
In Schritt S6 bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt von dem Temperatursensor 92 erfasste Temperatur T gleich ist wie oder größer ist als ein zweiter Schwellenwert T_th2 (>T_th1). Falls zum Beispiel die Temperatur T₁ von dem Temperatursensor 92 erfasst wird, bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt erfasste Temperatur T₁ gleich ist wie oder größer ist als ein zweiter Schwellenwert T_{th2_1} (d. h. T₁ ≥ T_{th2_1}) oder nicht. Der zweite Schwellenwert T_{th2_1} ist für die Temperatur T₁ als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der erste Schwellenwert T_{th1_1} (d. h. T_{th2_1} ≥ T_{th1_1}), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Wenn als weiteres Beispiel die Temperaturen T₁ und T₂ von dem Temperatursensor 92 erfasst werden, bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt berechnete Temperaturdifferenz T_Δ (= T₁ - T₂) gleich ist wie oder größer ist als ein zweiter Schwellenwert T_{th2_2} (T_Δ ≥ T_{th2_2}). Der zweite Schwellenwert T_{th2_2} ist für die Temperaturdifferenz T_Δ als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der erste Schwellenwert T_{th1_2} (d. h. T_{th2_2} ≥ T_{th1_2}), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Alternativ bestimmt der Prozessor 13, ob das zuletzt berechnete Temperaturverhältnis RT gleich ist wie oder größer ist als ein zweite Schwellenwert T_{th2_3} (R_T ≥ T_{th2_3}). Der zweite Schwellenwert T_{th2_3} ist für das Temperaturverhältnis R_T als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der erste Schwellenwert T_{th1_3} (d. h. T_{th2_3} ≥ T_{th1_3}), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Temperatur T (T₁, T_Δ oder R_T) gleich ist wie oder größer ist als der zweite Schwellenwert T_th2 (T_{th2_1}, T_{th2_2} oder T_{th2_3}) (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S8 fort. Wenn andererseits der Prozessor 13 bestimmt, dass die Temperatur T kleiner ist als der zweite Schwellenwert T_th2 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S7 fort.
In Schritt S7 steuert der Prozessor die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem ersten Verschiebungsbetrag δ₁ entspricht. Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ hin um den ersten Verschiebungsbetrag δ₁ verschoben beibehalten.
In Schritt S8 bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt von dem Temperatursensor 92 erfasste Temperatur T gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert T_th3 (>T_th2) oder nicht. Wenn beispielsweise die Temperatur T von dem Temperatursensor 92 erfasst wurde, bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt erfasste Temperatur T₁ gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert T_{th3_1} (d. h. T₁ ≥ T_{th3_1}). Der dritte Schwellenwert T_{th3_1} ist für die Temperatur T₁ als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Schwellenwert T_{th1_2} (d. h. T_{th3_1} ≥ T_{th2_1}), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Wenn als weiteres Beispiel die Temperaturen T₁ und T₂ von dem Temperatursensor 92 erfasst werden, bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt berechnete Temperaturdifferenz T_Δ (= T₁ - T₂) gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert T_{th3_2} (T_Δ ≥ T_{th3_2}). Der dritte Schwellenwert T_{th3_2} ist für die Temperaturdifferenz T_Δ als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Schwellenwert T_{th2_2} (d. h. T_{th3_2} ≥ Tth2_2), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Alternativ bestimmt der Prozessor 13, ob das zuletzt berechnete Temperaturverhältnis R_T gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert T_{th3_3}(R_T ≥ T_{th3_3}). Der dritte Schwellenwert T_{th3_3} ist für das Temperaturverhältnis R_T als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Schwellenwert T_{th2_3}(d. h. T_{th3_3} ≥ T_{th2_3}), und ist in dem Speicher 15 gespeichert.
Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Temperatur T (T₁, T_Δ oder R_T) gleich ist wie oder größer ist als der dritte Schwellenwert T_th3(T_{th3_1},T_{th3_2} oder T_{th3_3}) (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S10 fort. Wenn andererseits der Prozessor 13 bestimmt, dass die Temperatur T kleiner ist als der dritte Schwellenwert T_th3 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S9 fort.
In Schritt S9 steuert der Prozessor die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem zweiten Verschiebungsbetrag δ₂ entspricht. Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ hin um den ersten Verschiebungsbetrag δ₂ verschoben beibehalten.
Wenn andererseits JA in Schritt S8 bestimmt wird, steuert der Prozessor 13 in Schritt S10 die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem dritten Verschiebungsbetrag δ₃ entspricht. Der dritte Verschiebungsbetrag δ₃ ist als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Verschiebungsbetrag δ₂ (d. h. δ₃ > δ₂).
Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₂ zu dem Produktbereich E₁ hin um den dritten Verschiebungsbetrag δ₃ verschoben beibehalten. Der erste Verschiebungsbetrag δ₁, der zweite Verschiebungsbetrag δ₂ und der dritte Verschiebungsbetrag δ₃, die oben beschrieben wurden, können als Parameter gewonnen werden, die mit der Temperatur T und einer Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) zusammenhängen, beispielsweise unter Verwendung einer experimentellen Methode oder einer Simulationsmethode.
Eine zusätzliche Datentabelle, in der der erste Verschiebungsbetrag δ₁, der zweite Verschiebungsbetrag δ₂ und der dritte Verschiebungsbetrag δ₃ sowie die Temperatur T (T₁, T_Δ, R_T) im Zusammenhang miteinander gespeichert sind, kann von der Datentabelle 70 getrennt erzeugt werden (oder in der Datentabelle 70 enthalten sein), und der Prozessor 13 kann auf die zusätzliche Datentabelle zugreifen und den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf die erfasste Temperatur T bestimmen.
In Schritt S11 bestimmt der Prozessor 13, ob die Laserbearbeitung abgeschlossen ist. Zum Beispiel bestimmt der Prozessor 13, ob der Laserstrahl L den Punk P₂ erreicht, der ein Endpunkt der Schnittlinie I₇ ist, anhand eines Befehls, der in dem Bearbeitungsprogramm 94 enthalten ist, oder anhand der Rückmeldung des Servomotors des Bewegungsmechanismus 20. Der Prozessor bestimmt JA, wenn der Laserstrahl L den Punkt P₂ der Schnittlinie I₇ erreicht, und beendet den in 21 dargestellten Ablauf. Andererseits bestimmt der Prozessor 13 NEIN, wenn der Laserstrahl L den Punkt P₂ der Schnittlinie I₇ nicht erreicht, und kehrt zum Schritt S3 zurück.
Wie oben beschrieben wurde, ändert der Prozessor 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Temperatur T(T₁, T_Δ, R_T), die mit der Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Produktbereichs E₁ zusammenhängt, während eines Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂.
Genauer gesagt ändert der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf einen Betrag der Temperatur, sodass dieser dem anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ entspricht, falls T < T_th1 erfüllt ist, dass dieser dem ersten Verschiebungsbetrag δ₁ entspricht, falls T_th1 ≤ T < T_th2 erfüllt ist, dass dieser dem zweiten Verschiebungsbetrag δ₂ entspricht, falls T_th2 ≤ T < T_th3 erfüllt ist, und dass dieser dem dritten Verschiebungsbetrag δ₃ entspricht, falls T_th3 ≤ T erfüllt ist.
Gemäß dieser Konfiguration kann der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ zu dem Produktbereich E₁ hin größer sein, wenn die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass die Abmessung der Schlacke größer wird, die auf dem Produktbereich E₁ erzeugt wird (d. h., wenn die Temperatur T größer ist), wodurch es möglich ist, die Rate des Prozessgases B zu erhöhen, das auf den Produktbereich B geblasen wird. Im Ergebnis kann die Abmessung der Schlacke, die auf dem Produktbereich E₁ erzeugt wird, durch ein Steuern des Verschiebungsbetrags δ verringert werden.
Ferner kann, da die oben beschriebene Temperaturdifferenz T_Δ und das oben beschriebene Temperaturverhältnis R_T die Temperatur auf der vorderen Oberfläche des Produktbereichs E₁ relativ im Vergleich zu der Temperatur auf der vorderen Oberfläche des Verschnittbereichs E₂ anzeigen, selbst dann, wenn die Temperatur des Produktbereichs E₁ aufgrund des Laserstrahls L erheblich hoch wird, der Einfluss des Temperaturanstiegs durch den Laserstrahl L beseitigt werden, und es kann die Abmessung der Schlacke, die bei dem Produktbereich E₁ gebildet wird, anhand der Temperaturdifferenz T_Δ und anhand des Temperaturverhältnisses R_T genau und quantitativ ausgewertet werden.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform behält der Prozessor 13 den Zustand bei, in dem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₂ zu dem Produktbereich E₁ hin während einer Laserbearbeitung verschoben ist. Der Prozessor 13 kann allerdings einen Zustand beibehalten, in dem die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Verschnittbereich E₂ hin während einer Laserbearbeitung verschoben ist. In Abhängigkeit von der Bearbeitungsbedingung (zum Beispiel von einem Bereitstellungsdruck SP) kann sich die Fließgeschwindigkeit des Prozessgases in der Schnittfuge K erhöhen, um die Abmessung der Schlacke zu verringern, wenn die Zentralachse A₂ zu dem Verschnittbereich E₂ hin verschoben wird.
Als nächstes wir eine Lasermaschine 100 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform mit Bezug auf 22 und 23 beschrieben. Die Lasermaschine 100 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Lasermaschine 10 darin, dass die Lasermaschine 100 zusätzlich ein Abmessungsmessinstrument 102 umfasst. Das Abmessungsmessinstrument 102 umfasst zum Beispiel einen optischen Auslenkungsmesser, eine Kamera oder einen Vision-Sensor, und misst die Breite w der Schnittfuge K, die zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ während eines Schneidens des Werkstücks W durch den Laserstrahl L gebildet wird.
Die Steuervorrichtung 12 ändert die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ des Prozessgases B und der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L in Reaktion auf die Schnittfugenbreite w, die von dem Abmessungsmessinstrument 102 gemessen wird, während eines Schneides zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I. In dieser Weise ist es dann, wenn die Schnittfugenbreite w klein ist, auch dann, wenn der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ verringert wird, möglich, die Anforderung an eine Schnittqualität (Abmessung der Schlacke, Schnittoberflächenrauigkeit, etc.) des Produktbereichs E₁ zu erfüllen.
Folglich ändert gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuervorrichtung 12 den Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Schnittfugenbreite w, die von dem Abmessungsmessinstrument 102 gemessen wurde, während eines Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂ entlang der Schnittlinie I. Unten wird ein Betriebsablauf der Lasermaschine 10 mit Bezug auf 24 beschrieben. Es ist zu beachten, dass in 24 Vorgänge, die denen in dem in 21 dargestellten Ablauf ähneln, dieselben Schrittnummern zugeordnet sind, und dass eine doppelte Beschreibung hiervon weggelassen wird.
Der Prozessor 13 der Steuervorrichtung 12 führt den in 24 dargestellten Ablauf in Übereinstimmung mit einem Bearbeitungsprogramm 104 aus, das in dem Speicher 15 gespeichert ist. Folglich sind in dem Bearbeitungsprogramm 104 verschiedene Befehle zum Ausführung des in 24 dargestellten Ablauf festgelegt. Der in 24 dargestellte Ablauf wird gestartet, wenn der Prozessor 13 einen Laserbearbeitungsstartbefehl von einem Bediener, einem Hostcontroller oder dem Bearbeitungsprogramm 104 empfängt.
In Schritt S1 startet der Prozessor 13 eine Laserbearbeitung und verschiebt die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L um einen anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ zu dem Produktbereich E₁ (oder dem Verschnittbereich E₂) hin, wenn der Laserstrahl L den Punkt P₂ erreicht, der der Ausgangspunkt der Schnittlinie I₂ ist.
In Schritt S21 startet der Prozessor 13 eine Messung der Schnittfugenbreite w durch das Abmessungsmessinstrument 102. Im Speziellen erfasst der Prozessor 13 fortlaufend (d. h. periodisch) von dem Abmessungsmessinstrument 102 die Schnittfugenbreite w, die von dem Abmessungsmessinstrument 102 während eines Schneidens des Werkstücks W gemessen wurde.
In Schritt S22 bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt von dem Abmessungsmessinstrument 102 erfasste Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als ein erster Schwellenwert w_th1 oder nicht. Der erste Schwellenwert w_th1 ist für die Schnittfugenbreite w vorbestimmt und in dem Speicher 15 gespeichert. Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als der erste Schwellenwert w_th1 (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S23 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w kleiner ist als der erste Schwellenwert w_th1 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S4 fort.
In Schritt S23 bestimmt der Prozessor 13, ob die zuletzt von dem Abmessungsmessinstrument 102 erfasste Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als ein zweite Schwellenwert Wth2 oder nicht. Der zweite Schwellenwert Wth2 ist für die Schnittfugenbreite w als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der erste Schwellenwert w_th1 (d. h. wth2 > w_th1), und ist in dem Speicher 15 gespeichert. Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als der zweite Schwellenwert w_th2 (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S25 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w kleiner ist als der zweite Schwellenwert w_th2 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S24 fort.
In Schritt S24 steuert der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem ersten Verschiebungsbetrag δ₄ entspricht. Der erste Verschiebungsbetrag δ₄ ist als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der anfängliche Verschiebungsbetrag δ₀ (d. h. δ₄ > δ₀). Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ (oder zu dem Verschnittbereich E₂) hin um den ersten Verschiebungsbetrag δ₄ verschoben beibehalten.
In Schritt S25 bestimmt der Prozessor 13, ob die von dem Abmessungsmessinstrument 102 zuletzt erfasste Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert w_th3. Der dritte Schwellenwert w_th3 ist für die Schnittfugenbreite w als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Schwellenwert w_th2 (d. h. w_th3 > w_th2), und ist in dem Speicher 15 gespeichert. Wenn der Prozessor 13 bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w gleich ist wie oder größer ist als der dritte Schwellenwert w_th3 (d. h. er bestimmt JA), schreitet er zu Schritt S27 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits bestimmt, dass die Schnittfugenbreite w kleiner ist als der dritte Schwellenwert w_th3 (d. h. er bestimmt NEIN), schreitet er zu Schritt S26 fort.
In Schritt S26 steuert der Prozessor 13 die Bewegungsvorrichtung 22 derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem zweiten Verschiebungsbetrag δ₅ entspricht. Der zweite Verschiebungsbetrag δ₅ ist als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der erste Verschiebungsbetrag δ₄ (d. h. δ₅ > δ₄). Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ (oder zu dem Verschnittbereich E₂) hin um den zweiten Verschiebungsbetrag δ₅ verschoben beibehalten.
Wenn in Schritt S25 JA bestimmt wurde, steuert der Prozessor 13 in Schritt S27 die Bewegungsvorrichtung derart, dass der Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ einem dritten Verschiebungsbetrag δ₆ entspricht. Der dritte Verschiebungsbetrag δ₆ ist als ein Wert vorbestimmt, der größer ist als der zweite Verschiebungsbetrag δ₅ (d. h. δ₆ > δ₅).
Daher wird die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ zu dem Produktbereich E₁ (oder zu dem Verschnittbereich E₂) hin um den dritten Verschiebungsbetrag δ₆ verschoben beibehalten. Der erste Verschiebungsbetrag δ₄, der zweite Verschiebungsbetrag δ₅ und der dritte Verschiebungsbetrag δ₆, die oben beschrieben wurden, können als Parameter gewonnen werden, die mit der Schnittfugenbreite w und der Schneidqualität (Abmessung der Schlacke, Schnittoberflächenrauigkeit, etc.) zusammenhängen, zum Beispiel durch eine experimentelle Methode oder eine Simulationsmethode.
Ferner kann eine zusätzliche Datentabelle, in der der erste Verschiebungsbetrag δ₄, der zweite Verschiebungsbetrag δ₅ und der dritte Verschiebungsbetrag δ₆ sowie die Schnittfugenbreite w im Zusammenhang miteinander gespeichert sind, kann von der Datentabelle 70 getrennt erzeugt werden (oder in der Datentabelle 70 enthalten sein), und der Prozessor 13 kann auf die zusätzliche Datentabelle zugreifen und den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf die gemessene Schnittfugenbreite w bestimmen.
Wie oben beschrieben wurde, ändert der Prozessor 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Schnittfugenbreite w, während eines Schneidens entlang der Schnittlinien I₂, I₃, I₄, I₅, I₆ und I₇ zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂. Genauer gesagt ändert der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf einen Betrag der Schnittfugenbreite, sodass dieser dem anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ entspricht, falls w < w_th1 erfüllt ist, dass dieser dem ersten Verschiebungsbetrag δ₄ entspricht, falls w_th1 ≤ w < w_th2 erfüllt ist, dass dieser dem zweiten Verschiebungsbetrag δ₅ entspricht, falls w_th2 ≤ w < w_th3 erfüllt ist, und dass dieser dem dritten Verschiebungsbetrag δ₆ entspricht, falls w_th3 ≤ w erfüllt ist.
Wenn die Schnittfugenbreite w größer wird, kann es erforderlich sein, den Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ zu erhöhen, um die Rate des Prozessgases B zu erhöhen, das auf die Schneidstelle des Produktbereichs E₁ geblasen wird. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Schnittfugenbreite w geändert, wodurch es möglich ist, die Rate des Prozessgases B präzise einzustellen, das auf den Produktbereich E₁ geblasen wird. Im Ergebnis kann die Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Produktbereichs E₁ wirksamer erfüllt werden.
In den obigen Lasermaschinen 80, 90 und 100 bestimmt der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ, um den die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ verschoben wird, in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, die Temperatur T und die Schnittfugenbreite w. Der Prozessor 13 kann allerdings den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf eine Anforderung bestimmen, die in dem Schneidprozess des Werkstücks W erfüllt werden soll.
Zum Beispiel wählt der Bediener ein Hochgeschwindigkeitsschneiden, ein Hochpräzisionsschneiden oder ein gassparendes Schneiden als Anforderung aus, die erfüllt werden soll. Falls die Anforderung des Hochgeschwindigkeitsschneidens ausgewählt wird, führt der Prozessor 13 eine Laserbearbeitung in einem Hochgeschwindigkeitsmodus aus, in dem die Bearbeitungsgeschwindigkeit derart gesteuert wird, dass sie höher ist als gemäß der normalen Bearbeitungsbedingung, die in der Datentabelle 70 festgelegt ist. Zum Beispiel stellt der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ kleiner ein als den normalen Verschiebungsbetrag, der in der Datentabelle 70 festgelegt ist, wenn die Laserbearbeitung in dem Hochgeschwindigkeitsmodus durchgeführt wird.
Falls die Anforderung des Hochpräzisionsschneidens ausgewählt ist, stellt der Prozessor 14 die Bearbeitungsgeschwindigkeit v kleiner ein als gemäß der normalen Bearbeitungsbedingung, die in der Datentabelle 70 festgelegt ist, und führt die Laserbearbeitung in einem Hochpräzisionsmodus durch, in dem der Prozessor 13 den Bewegungsmechanismus 20 in solcher Weise präzise steuert, dass der Laserstrahl L sich exakt auf der Schnittlinie I bewegt. Zum Beispiel stellt der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ größer ein als gemäß der normalen Bearbeitungsbedingung, die in der Datentabelle 70 festgelegt ist, wenn die Laserbearbeitung in dem Hochpräzisionsmodus durchgeführt wird.
Falls die Anforderung des gassparenden Schneidens ausgewählt ist, führt der Prozessor 13 die Laserbearbeitung in einem gassparenden Modus durch, in dem der Bereitstellungsdruck SP niedriger eingestellt wird als gemäß der normalen Bearbeitungsbedingung, die in der Datentabelle 70 festgelegt ist. Zum Beispiel stellt der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ größer ein als den normalen Verschiebungsbetrag, der in der Datentabelle 70 festgelegt ist, wenn die Laserbearbeitung in dem gassparenden Modus durchgeführt wird. Auf diese Weise ist es durch ein Bestimmen des Verschiebungsbetrags δ in Reaktion auf die Anforderung, die in dem Schneidprozess des Werkstücks W erfüllt sein soll, möglich, die Anforderung an eine Schneidqualität des Produktbereichs E₁ wirksam zu erfüllen, und die oben erwähnte Anforderung wird erfüllt.
Als nächstes wird eine Lasermaschine 110 gemäß noch einer weiteren Ausführungsform mit Bezug auf 25 und 26 beschrieben. Die Lasermaschine 110 unterscheidet sich von der oben beschrieben Lasermaschine 10 darin, dass die Lasermaschine 110 ferner einen Positionsdetektor 112 umfasst. Der Positionsdetektor 112 überprüft die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L und der Zentralachse A₂ des Prozessgases B, die durch das Endstück 30 abgegeben werden, vor oder während der Laserbearbeitung.
Beispielsweise umfasst der Positionsdetektor 112 zum Beispiel eine Kamera, einen Vision-Sensor oder einen Strahlprofilmesser (zum Beispiel eines Messerschneidentyps) und ist auf der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L angeordnet. In diesem Fall detektiert der Positionsdetektor 112 den Laserstrahl L unmittelbar, der durch das Endstück 30 emittiert wird, und er detektiert auch den Mittelpunkt der Abgabeöffnung 34 des Endstücks 30. Der Positionsdetektor 112 kann die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂ (zum Beispiel Koordinaten der x-y-Ebene) auf der Grundlage detektierter Daten des Laserstrahls L und des Ausgangsöffnungsmittelpunkts detektieren.
Zum Beispiel detektiert der Positionsdetektor 112 die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂, wenn die Bewegungsvorrichtung 22 den Zustand der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂ von der koaxialen Anordnung zu der nicht koaxialen Anordnung verschiebt, in Reaktion auf einen vorbestimmten Befehlswert der Steuervorrichtung 12 vor der Laserbearbeitung. Unter Verwendung der auf diese Weise detektierten Beziehung kann ein Bediener einen Zusammenhang zwischen dem Befehlswert der Steuervorrichtung und dem Verschiebungsbetrag δ kalibrieren. Im Ergebnis kann der Prozessor 12 die Bewegungsvorrichtung 22 betreiben, um die Zentralachse A₂ präzise relativ zu der optischen Achse A₁ in eine Zielrichtung um den Zielverschiebungsbetrag δ während der Laserbearbeitung zu verschieben.
Wenn gemäß einem weiteren Beispiel die Bewegungsvorrichtung 22 den Servomotor umfasst, umfasst der Positionsdetektor 112 einen Geber, der dazu eingerichtet ist, den Drehwinkel des Servomotors der Bewegungsvorrichtung 22 zu erfassen. Der Drehwinkel des Servomotors ist Information, die die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂ (Koordinaten der x-y-Ebene) anzeigt. Der Prozessor 13 der Steuervorrichtung 12 kann den Drehwinkel von dem Positionsdetektor 112 erhalten und die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂ anhand des erhaltenen Drehwinkels überprüfen. Gemäß diesem Beispiel kann der Positionsdetektor 112 die positionsbezogene Beziehung zwischen der optischen Achse A₁ und der Zentralachse A₂ während der Laserbearbeitung detektieren.
Wenn zum Beispiel der Positionsdetektor 112, der den Geber umfasst, in der oben beschriebenen Lasermaschine 80, 90 oder 110 angewendet wird, kann der Prozessor 13 die Position der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ auf der Grundlage des von dem Positionsdetektor 112 erhaltenen Drehwinkels überprüfen, wenn die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, die Temperatur T oder die Schnittfugenbreite w geändert wird. Daher kann der Prozessor 12 während der Laserbearbeitung den Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, die Temperatur T oder die Schnittfugenbreite w präzise steuern und zugleich die Position der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ überprüfen.
Als nächstes wird eine Maschinenlernvorrichtung 120 gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf 27 beschrieben. Die Maschinenlernvorrichtung 120 ist dazu vorgesehen, den Verschiebungsbetrag δ zu lernen, wenn der Laserstrahl L und das Prozessgas B, die durch das Endstück 30 abgegeben werden, von einem koaxialen Zustand in einen nicht koaxialen Zustand verschoben sind. Die Maschinenlernvorrichtung 120 kann von einem Computer gebildet sein, der einen Prozessor und einen Speicher umfasst, oder von Software, wie beispielsweise einem Lernalgorithmus. Zum Beispiel kann die Maschinenlernvorrichtung 120 dazu verwendet werden, die oben beschriebene Datentabelle 70 zu erzeugen.
Um den Verschiebungsbetrag δ zu lernen, führt die Lasermaschine 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wiederholt eine Testbearbeitung durch, um ein Testwerkstück W_T in Übereinstimmung mit einem Testbearbeitungsprogramm 121 zu schneiden. Ein Beispiel eines Testwerkstücks W_T ist in 28 dargestellt. Das Werkstück W_T ist ein rechteckiges, flaches Plattenelement. In dem Testbearbeitungsprogramm 121 sind mehrere Schnittlinien I_T1, I_T2, I_T3 und I_T4 auf dem Werkstück W_T angegeben.
Bei der Testbearbeitung schneidet die Lasermaschine 10 der Reihe nach von einem hinteren Ende zu einem vorderen Ende entlang der Schnittlinien I_T1, I_T2, I_T3 und I_T4 in Übereinstimmung mit dem Testbearbeitungsprogramm 121 unter optional eingestellten Bearbeitungsbedingungen (ein Material und eine Dicke t des Werkstücks W, eine Bearbeitungsgeschwindigkeit v, ein Endstückdurchmesser ϕ, ein Bereitstellungsdruck SP, eine Fokusposition z und ein Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls L).
Während des Schneidens der Schnittlinien I_T1, I_T2, I_T3 und I_T4 gibt die Lasermaschine 10 den Laserstrahl L und das Prozessgas B durch das Endstück 30 ab und behält die Zentralachse A₂ des Prozessgases B relativ zu der optischen Achse A₁ des Laserstrahls L in eine optionale Richtung um einen optionalen Verschiebungsbetrag δ verschoben bei. Die Lasermaschine 10 verändert jedes Mal, wenn eine Schnittlinie I_T1, I_T2, I_T3 und I_T4 geschnitten wird, den Verschiebungsbetrag δ und die Verschiebungsrichtung der Zentralachse A₂ zufällig. Die oben beschriebene Testlaserbearbeitung wird auf mehreren Werkstücken W_T wiederholt durchgeführt.
Nach dem Schneiden des Werkstücks W_T entlang einer Schnittlinie I_T1, I_T2, I_T3 oder I_T4 misst eine Messeinheit 125 die Abmessung der Schlacke, die an einer Schneidstelle des Werkstücks W_T erzeugt wurde. 29 stellt ein Beispiel der Schlacke dar, die auf einer hinteren Oberfläche des Werkstücks W_T als Ergebnis der Testlaserbearbeitung erzeugt wurde. Gemäß dem in 29 dargestellten Beispiel wird als Ergebnis der Testlaserbearbeitung die Schnittfuge K an der Schneidstelle des Werkstücks W_T gebildet, wobei die Schlacke D₁ auf der linken Seite der Schnittfuge K erzeugt wird, wohingegen die Schlacke D₂ auf der rechten Seite der Schnittfuge K erzeugt wird.
Eine Abmessung F₁ der Schlacke D₁ umfasst zum Beispiel eine Höhe H₁ der Schlacke D₁ in die z-Achsen-Richtung oder eine Fläche (maximale eingenommene Fläche) G₁ in der x-y-Ebene der Schlacke D₁. In ähnlicher Weise umfasst eine Abmessung F₂ der Schlacke D₂ zum Beispiel eine Höhe H₂ der Schlacke D₂ in die z-Achsen-Richtung oder eine Fläche (maximale eingenommene Fläche) G₂ in der x-y-Ebene der Schlacke D₂. Die Messeinheit 125 umfasst zum Beispiel eine Abmessungsmesslehre, eine Kamera oder einen Vision-Sensor, und misst die Abmessungen F₁ und F₂ der Schlacke D₁ bzw. D₂.
Wie in 27 dargestellt ist, umfasst die Maschinenlernvorrichtung 120 eine Zustandsbeobachtungseinheit 122 und eine Lerneinheit 124. Die Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet in dem Bearbeitungsprogramm 121 enthaltene Bearbeitungsbedingungsdaten, die an die Lasermaschine 10 gegeben werden, um die Testlaserbearbeitung durchzuführen, und Messdaten der Abmessung F₁, F₂ der Schlacke D₁, D₂, die erzeugt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm 121 ausgeführt wird, als eine Zustandsvariable SV, die den gegenwärtigen Zustand der Umgebung repräsentiert, in der das Werkstück W_T geschnitten wird.
Die Messdaten umfassen die individuellen Abmessungen F₁ und F₂ der Schlacke D₁ und D₂ auf beiden Seiten der Schneidstelle (oder der Schnittfuge K) des Werkstücks W_T oder eine Abmessungsdifferenz ΔF (= |F₂ - F₁|) zwischen der Schlacke D₁ und D₂. Die Bearbeitungsbedingungsdaten umfassen zum Beispiel zumindest eines von dem Material und der Dicke t des Werkstücks W_T, der Bearbeitungsgeschwindigkeit v, dem Endstückdurchmesser ϕ, dem Bereitstellungsdruck SP, der Fokusposition z und dem Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls L. Die Lerneinheit 124 lernt den Verschiebungsbetrag δ im Zusammenhang mit der Schneidqualität des Werkstücks W_T unter Verwendung der Zustandsvariable SV (d. h. der Bearbeitungsbedingungsdaten und der Messdaten F₁, F₂, ΔF). Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die Schneidqualität die Abmessung der Schlacke.
Die Lerneinheit 124 lernt den Verschiebungsbetrag δ der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit einem Lernalgorithmus, der allgemein als Maschinenlernen bezeichnet wird. Die Lerneinheit 124 ist dazu in der Lage, ein Lernen auf der Grundlage eines Datensatzes iterativ durchzuführen, der die Zustandsvariable SV enthält, die durch ein wiederholtes Durchführen der Testlaserbearbeitung gewonnen wird.
Durch ein Wiederholen eines derartigen Lernzyklus ist die Lerneinheit 124 dazu in der Lage, ein Merkmal automatisch zu identifizieren, das einen Zusammenhang zwischen der Schneidqualität (Abmessung der Schlack = Messdaten F₁, F₁, ΔF) und dem Verschiebungsbetrag δ impliziert. Zu Beginn des Lernalgorithmus ist der Zusammenhang zwischen dem Verschiebungsbetrag δ und den Messdaten F₁, F₂, ΔF im Wesentlichen unbekannt; wenn das Lernen vorangeschritten ist, identifiziert die Lerneinheit 124 jedoch das Merkmal zunehmend und interpretiert folglich den Zusammenhang.
Wenn der Zusammenhang zwischen dem Verschiebungsbetrag δ und den Messdaten F₁, F₂, ΔF auf einem Niveau interpretiert ist, das zu einem gewissen Grad zuverlässig ist, können iterativ von der Lerneinheit 124 ausgegebene Lernergebnisse dazu verwendet werden, eine Maßnahme (d. h. Entscheidungsfindung) bezüglich dessen auszuwählen, wie sehr die Zentralachse A₂ verschoben werden soll, um der Anforderung an eine Schneidqualität zu genügen, wenn das Werkstück W_T des gegenwärtigen Zustands geschnitten wird.
Dies bedeutet, dass die Lerneinheit 124 für ein Fortschreiten des Lernalgorithmus in der Lage ist, den Verschiebungsbetrag δ zunehmend an eine optimale Lösung anzunähern, wobei der Verschiebungsbetrag δ den Zusammenhang repräsentiert zwischen dem gegenwärtigen Zustand des Werkstücks W_T und der Maßnahme bezüglich dessen, wie sehr die Zentralachse verschoben werden soll, um der Anforderung an eine Schneidqualität zu genügen, wenn das Werkstück W_T des gegenwärtigen Zustands geschnitten wird. Die Anforderung an eine Schneidqualität ist in diesem Fall, dass beispielsweise eine der Abmessungen F₁ oder F₂ Null (oder ein Wert nahe Null) wird.
Wie oben beschrieben wurde, lernt die Lerneinheit 124 in der Maschinenlernvorrichtung 120 den Verschiebungsbetrag der Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ in Übereinstimmung mit dem Maschinenlernalgorithmus unter Verwendung der Zustandsvariablen SV (die Bearbeitungsbedingungsdaten und die Abmessungen F₁ und F₂), die von der Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet werden. Gemäß der Maschinenlernvorrichtung 120 ist es durch ein Verwenden des Lernergebnisses der Lerneinheit 124 möglich, den Verschiebungsbetrag δ automatisch und genau zu gewinnen.
Wenn der Verschiebungsbetrag δ automatisch gewonnen werden kann, ist es möglich, den Verschiebungsbetrag δ rasch zu bestimmen, der erforderlich ist, um die Anforderung an eine Schneidqualität der Bearbeitungsbedingungsdaten zu erfüllen. Folglich kann der Arbeitsaufwand zum Bestimmen des Verschiebungsbetrags δ unter verschiedenen Bearbeitungsbedingungen erheblich verringert werden. Zusätzlich kann der optimale Verschiebungsbetrag δ zum Erfüllen der Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) mit großer Genauigkeit erfasst werden, da der Verschiebungsbetrag δ auf der Grundlage eines großen Datensatzes eingelernt wird.
In der Maschinenlernvorrichtung 120 ist der Lernalgorithmus nicht beschränkt, der von der Lerneinheit 124 ausgeführt wird, und es kann ein beliebiger Lernalgorithmus eingesetzt werden, der als Maschinenlernen bekannt ist, wie beispielsweise überwachtes Lernen, unüberwachtes Lernen, bestärkendes Lernen oder ein neuronales Netzwerk.
30 zeigt eine Ausführungsform der in 1 dargestellten Maschinenlernvorrichtung 120 und stellt eine Konfiguration dar, die eine Lerneinheit 124 umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein bestärkendes Lernen als Beispiel des Lernalgorithmus durchzuführen. Das bestärkende Lernen ist eine Methode zum Iterieren eines Zyklus in einer Weise gemäß Versuch und Irrtum, in dem der gegenwärtige Zustand (d. h. eine Eingabe) einer Umgebung, in der ein vorhandenes Lernobjekt beobachtet und eine vorgegebene Maßnahme (d. h. eine Ausgabe) in dem gegenwärtigen Zustand durchgeführt wird, wobei eine bestimmte Belohnung für diese Maßnahme ausgegeben wird, und wobei ein Konzept (gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Verschiebungsbetrag δ) als optimale Lösung eingelernt wird, das die Gesamtsumme der Belohnungen maximiert.
In der in 30 dargestellten Maschinenlernvorrichtung 120 umfasst die Lerneinheit 124 einen Belohnungskalkulator, der dazu eingerichtet ist, eine Belohnung R zu gewinnen, die mit den Abmessungen F₁, F₂, ΔF der Schlacke D₁, D₂ zusammenhängt, und eine Funktionsaktualisierungseinheit 128, die dazu eingerichtet ist, eine Funktion EQ unter Verwendung der Belohnung R zu aktualisieren, die einen Wert des Verschiebungsbetrags δ repräsentiert. Die Lerneinheit 124 lernt den Verschiebungsbetrag δ dadurch, dass die Funktionsaktualisierungseinheit 128 die Aktualisierung der Funktion EQ wiederholt.
Unten wird ein Beispiel des Algorithmus zum bestärkenden Lernen durch die Lerneinheit 124 beschrieben. Der Algorithmus gemäß diesem Beispiel ist als Q-Lernen bekannt, eine Methode, bei der ein Zustand „s“ eines handelnden Subjekts und eine Maßnahme „a“, die von dem handelnden Subjekt in dem Zustand s ergriffen werden kann, als unabhängige Variablen verwendet werden, und bei der eine Funktion EQ(s, a) gelernt wird, die einen Maßnahmenwert repräsentiert, wenn die Maßnahme a in dem Zustand s ausgewählt wird.
Ein Auswählen der Maßnahme a, die in dem Zustand s die Wertfunktion EQ maximiert, führt zu einer optimalen Lösung. Q-Lernen beginnt in einem Zustand, in dem der Zusammenhang zwischen dem Zustand s und der Maßnahme a unbekannt ist, Versuch und Irrtum beim Auswählen verschiedener Maßnahmen werden in einem willkürlichen Zustand s wiederholt, wobei die Wertfunktion EQ iterativ aktualisiert wird, um sich einer optimalen Lösung anzunähern. Wenn eine Umgebung (d. h. ein Zustand s) sich als Ergebnis der ausgewählten Maßnahme a in dem Zustand s ändert, wird eine Belohnung r (d. h. eine Gewichtung der Maßnahme a) in Reaktion auf die Änderung der Umgebung gewonnen, und die Wertfunktion EQ kann sich der optimalen Lösung in vergleichsweise kurzer Zeit annähern, indem das Lernen zum Auswählen der Maßnahme a führt wird, um eine größere Belohnung r zu erhalten.
Eine Aktualisierungsformel für die Wertfunktion EQ kann im Allgemeinen als unten angegebene Formel (1) ausgedrückt werden. $Q (s_{t}, a_{t}) \leftarrow Q (s_{t}, a_{t}) + α (r_{t + 1} + \underset{a}{γ maxQ} (s_{t + 1}, a) - Q (s_{t}, a_{t}))$
In Formel (1) sind st und at Zustand und Maßnahme zu der Zeit t, und der Zustand wird durch die Maßnahme at zu s_t+1 geändert. Hier ist r_t+1 eine Belohnung, die durch ein Ändern des Zustands von st zu s_t+1 gewonnen wird. Der Term mit max Q ergibt Q, wenn die Maßnahme a gewählt wird, um einen maximalen Wert Q zu der Zeit t+1 zu gewinnen (oder zu der Zeit t hierfür berücksichtigt zu werden). Ferner sind α und γ ein Lernkoeffizient bzw. eine Ermäßigungsrate, und sie können optional als 0 < α ≤ 1 und 0 < γ ≤ 1 eingestellt sein.
Wenn die Lerneinheit 124 Q-Lernen durchführt, entspricht die von der Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtete Zustandsvariable SV dem Zustands s der Aktualisierungsformel, und die Maßnahme (d. h. der Verschiebungsbetrag δ) bezüglich dessen, wie sehr die Zentralachse A₂ relativ zu der optischen Achse A₁ verschoben werden soll, wenn das Werkstück W_T in dem gegenwärtigen Zustand geschnitten wird, entspricht der Maßnahme a der aktualisierten Formel. Die Belohnung R, die von dem Belohnungskalkulator 126 gewonnen wird, entspricht der Belohnung r der Aktualisierungsformel. Daher aktualisiert die Funktionsaktualisierungseinheit 128 wiederholt die Funktion EQ, die den Wert des Verschiebungsbetrags δ repräsentiert, wenn das Werkstück W_T in dem gegenwärtigen Zustand geschnitten wird, durch Q-Lernen unter Verwendung der Belohnung R.
Beispielsweise gewinnt der Belohnungskalkulator 126 unterschiedliche Belohnungen R in Abhängigkeit von der Abmessungsdifferenz ΔF (= |F₂ - F₁|) zwischen der Schlacke D₁ und D₂ auf beiden Seiten der Schneidstelle (oder Schnittfuge K) des Werkstücks W_T. Zum Beispiel ist die Belohnung R, die von dem Belohnungskalkulator 126 gewonnen wird, eine positive (plus) Belohnung R, wenn die Abmessungsdifferenz ΔF zwischen der Abmessung F₁ der Schlacke D₁ und der Abmessung F₂ der Schlacke D₂ auftritt, wohingegen sie eine negative (minus) Belohnung R ist, wenn die Abmessungsdifferenz ΔF nicht auftritt. Die Beträge der positiven und negativen Belohnung R können identisch oder voneinander verschieden sein.
Gemäß einem weiteren Beispiel gewinnt der Belohnungskalkulator 126 unterschiedliche Belohnungen R in Abhängigkeit von individuellen Abmessungen F₁ und F₂ der Schlacke D₁ und D₂ auf beiden Seiten der Schneidstelle (oder Schnittfuge K) des Werkstücks W_T. Zum Beispiel ist die Belohnung R, die von dem Belohnungskalkulator 126 gewonnen wird, eine positive Belohnung R, wenn eine der Abmessungen F₁ und F₂ kleiner als der Schwellenwert F_th1 ist während die andere der Abmessungen F₁ und F2 größer ist als der Schwellenwert Fth2. Die Schwellenwerte F_th1 und Fth2 können als derselbe Wert (F_th1 = F_th2) oder als voneinander verschiedene Werte (zum Beispiel F < Fth2) festgelegt sein.
Andererseits ist die Belohnung R, die von dem Belohnungskalkulator 126 gewonnen wird, eine negative Belohnung R, wenn die Abmessungen F₁ und F₂ im Wesentlichen identisch sind. Alternativ ist in einem Fall, in dem der Schwellenwert F_th1 kleiner ist als der Schwellenwert F_th2, die Belohnung R, die von dem Belohnungskalkulator 126 gewonnen wird, eine negative Belohnung R, wenn die Abmessungen F₁ und F₂ F_th1 < F₁ < F_th2 und F_th1 < F₂ < F_th2 erfüllen.
Der Belohnungskalkulator 126 kann unterschiedliche Belohnungen R in Abhängigkeit von Unterschieden in Bearbeitungsbedingungsdaten zusätzlich zu den Abmessungen F₁ und F₂ oder der Abmessungsdifferenz ΔF gewinnen. Zum Beispiel liefert der Belohnungskalkulator 126 eine positive Belohnung R, wenn die Abmessungsdifferenz ΔF auftritt und der Bereitstellungsdruck SP in den Bearbeitungsbedingungsdaten kleiner ist als ein Referenzwert SP_R. Der Referenzwert SP_R kann beispielsweise von dem Bediener anhand einer vergangenen Heuristik vorbestimmt sein.
Die Funktionsaktualisierungseinheit 128 kann eine Maßnahmenwertetabelle aufweisen, in der die Zustandsvariablen SV und die Belohnung R im Zusammenhang mit einem Maßnahmenwert (zum Beispiel einem numerischen Wert) zusammengestellt sind, der durch die Funktion EQ repräsentiert ist. In diesem Fall ist die Handlung des Aktualisierens der Funktion EQ der Funktionsaktualisierungseinheit 128 gleichbedeutend mit der Handlung des Aktualisierens der Maßnahmenwertetabelle der Funktionsaktualisierungseinheit 128.
Da der Zusammenhang zwischen dem gegenwärtigen Zustand der Umgebung und dem Verschiebungsbetrag δ zu Beginn des Q-Lernens unbekannt ist, werden verschiedene Zustandsvariablen SV und Belohnungen R in der Maßnahmenwertetabelle im Zusammenhang mit zufällig festgelegten Maßnahmenwerten (Funktion EQ) vorbereitet. Wenn die Abmessungen F₁ und F₂ oder die Abmessungsdifferenz ΔF erfasst werden, kann der Belohnungskalkulator 126 umgehend die Belohnung R berechnen, die der erfassten Information entspricht, und dann wird der berechnete Wert der Belohnung R in die Maßnahmenwertetabelle geschrieben.
Während das Q-Lernen unter Verwendung der Belohnung vorangetrieben wird, die der Abmessung der Schlacke (F₁, F₂, ΔF) entspricht, wird das Lernen geführt, um eine Maßnahme (d. h. einen Verschiebungsbetrag δ) auszuwählen, die in der Lage ist, eine größere Belohnung R zu gewinnen. Dann wird in Reaktion darauf, dass der Zustand der Umgebung (d. h. die Zustandsvariablen SV) dazu veranlasst wird, sich als Ergebnis des Durchführens der ausgewählten Maßnahme in dem gegenwärtigen Zustand zu ändern, der Maßnahmenwert (Funktion EQ) bezüglich der Maßnahme, die in dem gegenwärtigen Zustand durchgeführt wurde, geändert, und die Maßnahmenwertetabelle wird aktualisiert.
Indem diese Aktualisierung wiederholt wird, wird der Maßnahmenwert (Funktion EQ), der in der Maßnahmenwertetabelle repräsentiert ist, auf einen größeren Wert geändert, wenn die Maßnahme (Verschiebungsbetrag δ) geeigneter ist. Auf diese Weise wird der Zusammenhang zwischen dem gegenwärtigen Zustand der Umgebung (Abmessung der Schlacke F₁, F₂, ΔF) und der entsprechenden Maßnahme (Verschiebungsbetrag δ), der zunächst unbekannt war, zunehmend erkennbar.
Als nächstes wird ein Beispiel eines Ablaufs eines Q-Lernens mit Bezug auf 31 genauer beschrieben, das von der Lerneinheit 124 durchgeführt wird. In diesem Ablauf führt die Lerneinheit 124 Q-Lernen unter Verwendung der Belohnung R in Reaktion auf die Abmessungsdifferenz ΔF und die Bearbeitungsbedingungsdaten durch. In Schritt S31 wählt die Funktionsaktualisierungseinheit 128 zufällig den Verschiebungsbetrag δ als eine Maßnahme, die in dem gegenwärtigen Zustand durchgeführt werden soll, der durch die Zustandsvariablen SV angezeigt ist, die von der Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet wurden, mit Bezug auf die Maßnahmenwertetabelle zu dieser Zeit aus.
In Schritt S32 erfasst die Funktionsaktualisierungseinheit 128 die Abmessungsdifferenz ΔF als die Zustandsvariable SV in dem gegenwärtigen Zustand, der von der Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet wurde. Im Speziellen führt die Lasermaschine 10 eine Testlaserbearbeitung in Übereinstimmung mit dem Verschiebungsbetrag δ durch, der in Schritt S1 unter optionalen Bearbeitungsbedingungen ausgewählt wurde. Die Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet als die Zustandsvariablen SC die Bearbeitungsbedingungsdaten, wenn die Testlaserbearbeitung durchgeführt wird, sowie die Abmessungsdifferenz ΔF, die als Ergebnis der Testlaserbearbeitung gewonnen wurde. Die Funktionsaktualisierungseinheit 128 erfasst die Zustandsvariablen SC, die von der Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet wurden.
In Schritt S33 bestimmt die Funktionsaktualisierungseinheit 128, ob die Abmessungsdifferenz ΔF, die in Schritt S32 erfasst wurde, größer ist als Null oder nicht. Wenn die Abmessungsdifferenz ΔF größer ist als Null, bestimmt die Funktionsaktualisierungseinheit 128 JA und schreitet zu Schritt S34 fort. Wenn andererseits die Abmessungsdifferenz ΔF kleiner ist als Null, bestimmt die Funktionsaktualisierungseinheit 128 NEIN und schreitet zu Schritt S25 fort. Es ist zu beachten, dass die Funktionsaktualisierungseinheit 128 JA bestimmten kann, wenn die Abmessungsdifferenz ΔF größer ist als ein Schwellenwert ΔF_th0 (>0), der als ein Wert nahe Null vorbestimmt ist.
In Schritt S34 gewinnt der Belohnungskalkulator 126 eine positive Belohnung R. Zu dieser Zeit kann der Belohnungskalkulator 126 die Belohnung R derart gewinnen, dass, wie oben beschrieben, der Betrag der Belohnung R umso größer ist, je größer die Abmessungsdifferenz ΔF ist. Der Belohnungskalkulator 126 wendet die gewonnene positive Belohnung R auf die Aktualisierungsformel der Funktion EQ an. Indem die Belohnung R in Reaktion auf die Abmessungsdifferenz ΔF auf diese Weise vergeben wird, wird das Lernen der Lerneinheit 124 zu einem Auswählen einer Maßnahme geführt, bei der sich die Abmessungsdifferenz ΔF vergrößert (in anderen Worten, eine der Abmessungen F₁ und F₂ wird kleiner als die andere).
Wenn andererseits in Schritt S33 NEIN bestimmt wird, gewinnt der Belohnungskalkulator 126 in Schritt S35 eine negative Belohnung R und wendet sie auf die Aktualisierungsformel der Funktion EQ an. Es ist zu beachten, dass in diesem Schritt S35 der Belohnungskalkulator die Belohnung R=0 auf die Aktualisierungsformel der Funktion EQ anwenden kann, anstatt die negative Belohnung R zu vergeben.
In Schritt S36 bestimmt die Funktionsaktualisierungseinheit 128, ob es in den Bearbeitungsbedingungsdaten, die in Schritt S32 gewonnen wurden, eine Differenz gibt, für die eine positive Belohnung zu vergeben ist. Zum Beispiel bestimmt die Funktionsaktualisierungseinheit 128, ob der Bereitstellungsdruck SP in den Bearbeitungsbedingungsdaten niedriger ist als der Referenzwert SP_R, und bestimmt JA, wenn der Bereitstellungsdruck SP niedriger ist als der Referenzwert SP_R.
Alternativ kann die Funktionsaktualisierungseinheit 128 bestimmen, ob die Bearbeitungsgeschwindigkeit v in den Bearbeitungsbedingungsdaten größer ist als ein Referenzwert v_R, und JA bestimmen, wenn die Bearbeitungsgeschwindigkeit v größer ist als der Referenzwert v_R. Wenn die Funktionsaktualisierungseinheit 128 JA bestimmt, schreitet sie zu Schritt S27 fort. Wenn die Funktionsaktualisierungseinheit 128 andererseits NEIN bestimmt, schreitet sie zu Schritt S38 fort.
In Schritt S37 gewinnt der Belohnungskalkulator 126 eine positive Belohnung R. Die Belohnung R, die zu dieser Zeit gewonnen werden soll, kann von dem Bediener als ein Wert vorgegeben sein, der den Bearbeitungsbedingungsdaten entspricht, deren Differenz in obigem Schritt S36 bestimmt wurde. Wenn zum Beispiel die Differenz des Bearbeitungsdrucks SP als die Bearbeitungsbedingungsdaten in Schritt S36 bestimmt wurde, gibt der Belohnungskalkulator 126 eine positive Belohnung R in Reaktion auf den Bereitstellungsdruck SP aus. Indem die Belohnung R in Reaktion auf den Bereitstellungsdruck SP auf diese Weise ausgegeben wird, wird das Lernen der Lerneinheit 124 geführt, um eine Maßnahme auszuwählen, um den Bereitstellungsdruck SP (d. h. den Verbrauch an Prozessgas) zu verringern.
Wenn andererseits die Differenz der Bearbeitungsgeschwindigkeit v als die Bearbeitungsbedingungsdaten in Schritt S36 bestimmt wird, gibt der Belohnungskalkulator 126 eine positive Belohnung R in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v aus. Indem die Belohnung R in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit v auf diese Weise ausgegeben wird, wird das Lernen der Lerneinheit 124 geführt, um eine Maßnahme auszuwählen, um die Bearbeitungsgeschwindigkeit zu erhöhen (d. h. eine Zykluszeit zu verringern). Der Belohnungskalkulator 126 wendet die gewonnene positive Belohnung auf die Aktualisierungsformel der Funktion EQ an.
In Schritt 38 aktualisiert die Funktionsaktualisierungseinheit 128 die Maßnahmenwertetabelle unter Verwendung der Zustandsvariablen SV in dem gegenwärtigen Zustand, der Belohnung R und des Maßnahmenwerts (die Funktion EQ, nachdem diese aktualisiert wurde). Auf diese Weise aktualisiert die Lerneinheit 124 iterativ die Maßnahmenwertetabelle durch ein Wiederholen der Schritte S31 bis S38, um das Lernen des Verschiebungsbetrags δ voranzutreiben.
Wenn das oben beschriebene bestärkende Lernen vorangetrieben wird, kann anstelle des Q-Lernens ein neuronales Netzwerk verwendet werden. 32 stellt schematisch ein Neuronenmodell dar. 33 stellt schematisch ein dreischichtiges neuronales Netzwerkmodell dar, das durch ein Kombinieren der in 32 dargestellten Neuronen gebildet ist. Das neuronale Netzwerk kann zum Beispiel von einem Prozessor, einer Speichervorrichtung und dergleichen gebildet sein, die ein Neuronenmodell nachahmen.
Das in 32 dargestellte Neuron gibt bezüglich mehrerer Eingaben „i“ (Eingaben i1 bis i3 als Beispiel in der Zeichnung) als Ergebnis „o“ aus. Jede individuelle Eingabe i (i1, i2 oder i3) wird mit einer Gewichtung w (w1, w2 oder w3) multipliziert. Die Beziehung zwischen der Eingabe i und dem Ergebnis o kann durch die unten angegebene Formel (2) repräsentiert sein. Jede/jedes der Eingabe i, des Ergebnisses o und der Gewichtung w ist ein Vektor. In Formel (2) ist θ ein Bias und f_k ist eine Aktivierungsfunktion. $y = f_{k} (\sum_{i = 1}^{n} x_{i} w_{i} - θ)$
In dem dreischichtigen neuronalen Netzwerk, das in 33 dargestellt ist, werden mehrere Eingaben i (Eingaben i1 bis i3 als ein Beispiel in den Zeichnungen) von der linken Seite her eingegeben, und mehrere Ergebnisse o (Ergebnisse o1 bis o3 als ein Beispiel in den Zeichnungen) werden auf der rechten Seite ausgegeben. Gemäß dem dargestellten Beispiel wird jede der Eingaben i1, i2 und i3 mit der entsprechenden Gewichtung (gemeinsam repräsentiert als W1) multipliziert, und eine der individuellen Eingaben i1, i2 und i3 wird in die drei Neuronen N11, N12 und N13 eingegeben.
In 33 ist jede Ausgabe der Neuronen N11 bis N13 gemeinsam als H1 repräsentiert. H1 kann als Merkmalsvektoren betrachtet werden, die durch ein Extrahieren von Merkmalsbeträgen der Eingangsvektoren erzielt werden. Gemäß dem dargestellten Beispiel wird jeder individuelle Merkmalsvektor H1 mit der entsprechenden Gewichtung (gemeinsam repräsentiert als W2) multipliziert, und einer der individuellen Merkmalsvektoren H1 wird in die beiden Neuronen N21 und N22 eingegeben. Die Merkmalsvektoren H1 repräsentieren Merkmale zwischen der Gewichtung W1 und der Gewichtung W2.
In 33 ist jede Ausgabe der Neuronen N21 bis N22 als H2 repräsentiert. H2 kann als Merkmalsvektoren betrachtet werden, die durch ein Extrahieren von Merkmalsbeträgen der Merkmalsvektoren H1 gewonnen werden. Gemäß dem dargestellten Beispiel wird jeder individuelle Merkmalsvektor H2 mit der entsprechenden Gewichtung (gemeinsam repräsentiert als W3) multipliziert, und einer der individuellen Merkmalsvektoren H2 wird in die drei Neuronen N31, N32 und N33 eingegeben. Die Merkmalsvektoren H2 repräsentieren Merkmale zwischen der Gewichtung W2 und der Gewichtung W3. Schließlich geben die Neuronen N31 bis N33 die Ergebnisse o1 bis o3 aus.
In der Maschinenlernvorrichtung 120 ist es möglich, den Verschiebungsbetrag δ (Ergebnis o) durch die Lerneinheit 124 auszugeben, die die arithmetische Operation der mehrschichtigen Struktur gemäß dem oben beschriebenen neuronalen Netzwerk durchführt, während die Zustandsvariablen SC als Eingabe i verwendet werden. In dem Betriebsmodus des neuronalen Netzwerks gibt es einen Lernmodus und einen Wertvorhersagemodus. Zum Beispiel kann die Gewichtung W in dem Lernmodus durch Verwendung eines Lerndatensatzes gelernt werden, und in dem Wertvorhersagemodus kann unter Verwendung der erlernten Gewichtung W eine Wertbeurteilung durchgeführt werden. In dem Wertbeurteilungsmodus können zudem eine Erkennung, Klassifizierung, Schlussfolgerung oder dergleichen durchgeführt werden.
Die oben beschriebene Konfiguration der Maschinenlernvorrichtung 120 kann als ein Maschinenlernverfahren (oder eine Software) beschrieben werden, das von einem Prozessor eines Computers durchgeführt wird. Dieses Maschinenlernverfahren umfasst, durch den Prozessor, ein Beobachten der in dem Bearbeitungsprogramm 121 enthaltenen Bearbeitungsbedingungsdaten, die an die Lasermaschine 10 gegeben werden, und der Messdaten der Abmessungen F₁, F₂, ΔF der Schlacke D₁, D₂, die an der Schneidstelle (oder der Schnittfuge K) des Werkstücks W_T erzeugt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm 121 ausgeführt wird, als die Zustandsvariablen SV, die den gegenwärtigen Zustand der Umgebung repräsentieren, in der das Werkstück W_T geschnitten wird; und ein Lernen des Verschiebungsbetrags δ im Zusammenhang mit der Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Werkstücks W_T unter Verwendung der Zustandsvariablen SV.
34 stellt eine Maschinenlernvorrichtung 130 gemäß einer weiteren Ausführungsform dar. Die Maschinenlernvorrichtung 130 unterscheidet sich von der oben beschriebenen Maschinenlernvorrichtung 120 darin, dass die Maschinenlernvorrichtung 130 ferner eine Entscheidungseinheit 132 umfasst. Die Entscheidungseinheit 132 gibt einen Befehlswert Cδ des Verschiebungsbetrags δ aus, der an die Lasermaschine 10 befohlen werden soll, auf der Grundlage des Lernergebnisses durch die Lerneinheit 124.
Wenn die Entscheidungseinheit 132 den Verschiebungsbetrag δ ausgibt, ändert sich der Zustand einer Umgebung 134 (Abmessung der Schlacke F₁, F₂, ΔF) entsprechend. Eine Zustandsbeobachtungseinheit 122 beobachtet Zustandsvariablen SV, wobei die Abmessung der Schlacke F₁, F₂, ΔF, die erzeugt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm 121 in Übereinstimmung mit dem Befehlswert Cδ ausgeführt wird, der von der Entscheidungseinheit 132 ausgegeben wurde, als die Messdaten für den nächsten Lernzyklus beobachtet wird.
Die Lerneinheit 124 lernt den Verschiebungsbetrag δ durch ein Aktualisieren beispielsweise der Wertfunktion EQ (d. h. einer Maßnahmenwertetabelle) unter Verwendung der geänderten Zustandsvariablen SV. Die Entscheidungseinheit 132 gibt den Befehlswert Cδ in Reaktion auf die Zustandsvariablen SV unter dem gelernten Verschiebungsbetrag δ aus. Durch ein Wiederholen dieses Zyklus treibt die Maschinenlernvorrichtung 130 das Lernen des Verschiebungsbetrags δ voran und verbessert zunehmend die Zuverlässigkeit des Verschiebungsbetrags δ.
Die Maschinenlernvorrichtung 130 kann einen ähnlichen Effekt mit sich bringen wie die oben beschriebene Maschinenlernvorrichtung 120. Insbesondere kann die Maschinenlernvorrichtung 130 den Zustand der Umgebung 134 durch die Ausgabe der Entscheidungseinheit 132 verändern. Andererseits kann in der Maschinenlernvorrichtung 130 eine Funktion, die der Entscheidungseinheit für ein Wiederspiegeln des Lernergebnisses der Lerneinheit 124 in der Umgebung entspricht, durch eine externe Vorrichtung (zum Beispiel die Steuervorrichtung 12) erzielt werden.
Als eine Modifikation der oben beschriebenen Maschinenlernvorrichtungen 120 oder 130 kann die Zustandsbeobachtungseinheit 122 ferner als die Zustandsvariable SV Messdaten der Schnittfugenbreite w auf der hinteren Oberfläche des Werkstücks W_T beobachten. Die Schnittfugenbreite w in der hinteren Oberfläche kann zum Beispiel durch das Abmessungsmessinstrument 102 gemessen werden, das oben beschrieben wurde. Die Lerneinheit 124 kann den Verschiebungsbetrag δ lernen, indem sie ferner die Schnittfugenbreite w als die Zustandsvariable verwendet.
Zum Beispiel kann in der in 30 dargestellten Maschinenlernvorrichtung 120 der Belohnungskalkulator 126 eine negative Belohnung R gewinnen, wenn die Schnittfugenbreite w Null ist (oder gleich ist wie oder kleiner ist als ein Schwellenwert nahe Null). Wenn die Schnittfugenbreite w in der hinteren Oberfläche des Werkstücks W_T Null ist, wenn die Testlaserbearbeitung durchgeführt wird, dringt der Laserstrahl L nicht in das Werkstück W_T ein. In diesem Fall werden die Schlacken D₁ und D₂ nicht tatsächlich gebildet. Indem die Belohnung R in diesem Fall negativ eingestellt wird, ist es möglich, das Lernen durch die Lerneinheit 124 zu führen, um eine Maßnahme auszuwählen, die verhindert, dass die Schnittfugenbreite w in der hinteren Oberfläche Null ist.
Die oben beschriebenen Maschinenlernvorrichtungen 120 oder 130 können in die Lasermaschine 10 eingebaut sein. Mit Bezug auf 35 und 36 wird unten einer Lasermaschine 10' beschrieben, in die die Maschinenlernvorrichtung 130 eingebaut ist. Die Lasermaschine 10' umfasst ferner die oben beschriebene Messeinheit 125 und führt die Testlaserbearbeitung auf dem Testwerkstück W_T durch, das auf dem Arbeitstisch 38 aufgestellt ist.
Wie in 36 dargestellt ist, fungiert der Prozessor 13 als die Maschinenlernvorrichtung 130 (d. h. als die Zustandsbeobachtungseinheit 122, die Lerneinheit 124 und die Entscheidungseinheit 132). Die Messeinheit 125 misst die Abmessungen F₁ und F₂ der Schlacke D₁ und D₂, und die Steuervorrichtung 12 erfasst die Messdaten F₁, F₂, ΔF anhand der Daten, die von der Messeinheit 125 übermittelt werden.
Der Prozessor 13 erfasst Bearbeitungsbedingungsdaten (das Material und die Dicke des Werkstücks W_T, die Bearbeitungsgeschwindigkeit v, den Endstückdurchmesser ϕ, den Bereitstellungsdruck SP, die Fokusposition z und den Ausgabeeigenschaftswert des Laserstrahls L), die in dem Bearbeitungsprogramm 121 zum Durchführen der Testlaserbearbeitung enthalten sind. Die Bearbeitungsbedingungsdaten können zum Beispiel von einem Bediener über die Eingabevorrichtung (die Tastatur, die Maus, das Touch Panel, etc.; nicht dargestellt) eingegeben werden, die an der Steuervorrichtung 12 bereitgestellt ist. Auf diese Weise fungiert der Prozessor 13 als eine Zustandserfassungseinheit 136, die dazu eingerichtet ist, die Bearbeitungsbedingungsdaten und die Messdaten zu erfassen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 12 der Lasermaschine 10' die Maschinenlernvorrichtung 130, die es ermöglicht, den Verschiebungsbetrag δ, der für die Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) optimal ist, unter Verwendung des Lernergebnisses der Lerneinheit 124, wenn die Testlaserbearbeitung wiederholt durchgeführt wird, automatisch und genau zu gewinnen.
Es ist zu beachten, dass in dem Bearbeitungsprogramm 72, 84, 94 oder 104 eine zusätzliche Schnittlinie auf dem Werkstück W angegeben sein kann, die den Produktbereich E₁ kreuzt. Eine solche Modifikation des Werkstücks W ist in 37 dargestellt. Bei einem Werkstück W', das in 37 dargestellt ist, ist zusätzlich zu den Schnittlinien I₁ bis I₇ eine Schnittlinie I₈ angegeben, die sich gerade von einem Punkt P₈ zu einem Punkt P₉ erstreckt. In diesem Fall sind in dem Bearbeitungsprogramm 72, 84, 94 oder 104 Bereiche auf beiden Seiten der Schnittlinie I₈ als der Produktbereich E₁ angegeben.
Beispielsweise schneidet die Steuervorrichtung der Lasermaschine 10, 80, 90, 100 oder 110 das Werkstück W entlang der Schnittlinie I₈ zwischen dem linken Bereich (dritter Bereich) und dem rechten Bereich (vierter Bereich) des Produktbereichs E₁, nachdem das Werkstück W entlang der Schnittlinien I₁, bis I₇ geschnitten wurde. Da die Anforderungen an eine Schneidqualität sich zwischen den Bereichen auf beiden Seiten der Schnittlinie I₈ nicht unterscheiden, behält der Prozessor 13 einen Zustand bei, in dem der Laserstrahl L und das Prozessgas B während des Schneidens des Produktbereichs E₁ entlang der Schnittlinie I₈ koaxial angeordnet sind.
Der in 21 dargestellte Ablauf ist als Beispiel des Betriebs der Lasermaschine 90 beschrieben, die oben beschrieben wurde. Andere Beispiele der Lasermaschine 90 sind jedoch ebenfalls denkbar. Im Folgenden wird mit Bezug auf 38 ein weiteres Beispiel des Betriebsablaufs der Lasermaschine 90 beschrieben. In dem in 38 dargestellten Ablauf sind Prozesse, die denen des in 21 dargestellten Ablaufs ähnlich sind, mit denselben Schrittnummern versehen, und eine doppelte Beschreibung derselben wird weggelassen.
In dem in 38 dargestellten Ablauf erhöht der Prozessor 13 der Lasermaschine 90 den Verschiebungsbetrag δ schrittweise, um die Temperatur T (T₁, T_Δ oder R_T) dazu zu bringen, in einen Bereich zu fallen, der unterhalb des ersten Schwellenwerts T_th1 (T_{th1_1}, T_{th1_2} oder T_{th1_3}) liegt oder sich bis zu diesem erstreckt. Im Speziellen wiederholt der Prozessor 13 nach Schritt S7 eine Schleife der Schritte S3 bis S11, bis er in Schritt S3 oder S11 JA bestimmt, um den Verschiebungsbetrag δ als den ersten Verschiebungsbetrag δ₁ beizubehalten. Wenn andererseits in Schritt S3, der unmittelbar nach Schritt S7 durchgeführt wird, JA bestimmt wird, erhöht der Prozessor 13 in Schritt S9 den Verschiebungsbetrag δ von dem ersten Verschiebungsbetrag δ₁ auf den zweiten Verschiebungsbetrag δ₂.
Nach Schritt S9 wiederholt der Prozessor 13 eine Schleife der Schritte S3 bis S11, bis er in Schritt S3 oder S11 JA bestimmt, um den Verschiebungsbetrag δ als den zweiten Verschiebungsbetrag δ₂ beizubehalten. Wenn andererseits in Schritt S3, der unmittelbar nach Schritt S9 durchgeführt wird, JA bestimmt wird, erhöht der Prozessor 13 in Schritt S9 den Verschiebungsbetrag δ von dem zweiten Verschiebungsbetrag δ₂ auf den dritten Verschiebungsbetrag δ₃.
Nach Schritt S10 wiederholt der Prozessor 13 eine Schleife der Schritte S3 bis S11, bis er in Schritt S3 oder S11 JA bestimmt, um den Verschiebungsbetrag δ als den dritten Verschiebungsbetrag δ₃ beizubehalten. Wenn andererseits der Prozessor 13 in Schritt S3, der unmittelbar nach Schritt S10 durchgeführt wird, JA bestimmt, schreitet er zu Schritt S41 fort.
In Schritt S41 gibt der Prozessor 13 einen zweiten Alarm aus. Der Prozessor erzeugt zum Beispiel ein Audiosignal oder ein Bildsignal, das „Obwohl der Verschiebungsbetrag der Zentralachse des Prozessgases maximal ist, besteht die Möglichkeit, dass eine Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Produktbereichs nicht erfüllt ist“ anzeigt, und gibt das erzeugte Signal über den Lautsprecher oder eine Anzeige (nicht dargestellt) aus, der/die an der Steuervorrichtung 12 bereitgestellt ist. Anschließend setzt der Prozessor 13 die Laserbearbeitung for, während er den Verschiebungsbetrag δ als den dritten Verschiebungsbetrag δ₃ beibehält, bis es in Schritt S11 JA bestimmt.
Daher erhöht der Prozessor 13 gemäß dem in 38 dargestellten Ablauf den Verschiebungsbereich δ der Zentralachse A₂ zu dem Produktbereich E₁ hin in Reaktion auf die Temperatur T schrittweise, um die Temperatur T (T₁, T_Δ oder R_T) dazu zu bringen, in einen Bereich zu fallen, der unterhalb des ersten Schwellenwerts T_th1 (T_{th1_1}, T_{th1_2} oder T_{th1_3}) liegt oder sich bis zu diesem erstreckt. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, die Abmessung der Schlacke zu steuern, die in dem Produktbereich E₁ erzeugt wird, um die Anforderung an eine Schneidqualität zu erfüllen.
Es ist zu beachten, dass die Breite w der Schnittfuge K, die oben beschrieben wurde, mit dem Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls zusammenhängt. Im Speziellen kann die Breite w der erzeugten Schnittfuge K umso größer sein, je größer die Laserleistung des Laserstrahls ist, der auf das Werkstück W gestrahlt wird. Folglich steuert der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf den Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls.
Beispielsweise kann in dem in 24 dargestellten Ablauf der Ausgabeeigenschaftswert OP des Laserstrahls anstelle der Breite w der Schnittfuge K erfasst werden, und die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ kann in Reaktion auf den erfassten Ausgabeeigenschaftswert OP geändert werden, um den Verschiebungsbetrag δ zu steuern. In diesem Fall beginnt der Prozessor 13 in Schritt S21 damit, den Ausgabeeigenschaftswert OP zu gewinnen. Wenn beispielsweise der Ausgabeeigenschaftswert OP die Laserleistung des Laserstrahls L ist, umfasst die Lasermaschine 10 ein Laserleistungsmessinstrument des Abmessungsmessinstruments 102 (oder zusätzlich zu diesem), wobei der Prozessor 13 die Laserleistung als den Ausgabeeigenschaftswert OP von dem Laserleistungsmessinstrument erhält.
Alternativ ist dann, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP der Laserleistungsbefehlswert oder die Frequenz oder die relative Einschaltdauer des PW-Laserstrahls ist, ein solcher Parameter in dem Bearbeitungsprogramm festgelegt oder in dem Speicher 15 als Einstellungswert gespeichert. Folglich ist der Prozessor 13 in der Lage, aus dem Bearbeitungsprogramm oder dem Speicher die Daten des Laserleistungsbefehlswerts oder die Frequenz oder die relative Einschaltdauer des PW-Laserstrahls zu gewinnen.
In Schritt S22 bestimmt der Prozessor 13, ob der zuletzt erfasste Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als ein erster Schwellenwert OP_th1 oder nicht. Der Prozessor 13 bestimmt JA, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als der erste Schwellenwert OP_th1, und schreitet zu Schritt S23 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits NEIN bestimmt, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP kleiner ist als der erste Schwellenwert OP_th1, schreitet er zu Schritt S4 fort.
In Schritt S23 bestimmt der Prozessor 13, ob der zuletzt erfasste Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als ein zweite Schwellenwert OP_th2 (> OP_th1) oder nicht. Der Prozessor 13 bestimmt JA, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als der zweite Schwellenwert OP_th2, und schreitet zu Schritt S25 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits NEIN bestimmt, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP kleiner ist als der zweite Schwellenwert OP_th2, schreitet er zu Schritt S24 fort.
In Schritt S25 bestimmt der Prozessor 13, ob der zuletzt erfasste Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als ein dritter Schwellenwert OP_th3 (> OP_th2) oder nicht. Der Prozessor 13 bestimmt JA, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP gleich ist wie oder größer ist als der dritte Schwellenwert OP_th3, und schreitet zu Schritt S27 fort. Wenn der Prozessor 13 andererseits NEIN bestimmt, wenn der Ausgabeeigenschaftswert OP kleiner ist als der dritte Schwellenwert OP_th3, schreitet er zu Schritt S26 fort.
Auf diese Weise ändert der Prozessor 13 die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf den Ausgabeeigenschaftswert OP während des Schneidens zwischen dem Produktbereich E₁ und dem Verschnittbereich E₂. Im Speziellen ändert der Prozessor 13 den Verschiebungsbetrag δ in Reaktion auf den Betrag des Ausgabeeigenschaftswerts OP, sodass dieser dem anfänglichen Verschiebungsbetrag δ₀ entspricht, falls OP < OP_th1 erfüllt ist, sodass dieser dem ersten Verschiebungsbetrag δ₄ entspricht, falls OP_th1 ≤ OP < OP_th2 erfüllt ist, sodass dieser dem zweiten Verschiebungsbetrag δ₅ entspricht, falls OP_th2 ≤ OP < OP_th3 erfüllt ist, und sodass dieser dem dritten Verschiebungsbetrag δ₆ entspricht, falls OP_th3 ≤ OP erfüllt ist.
Gemäß dieser Konfiguration wird die positionsbezogene Beziehung zwischen der Zentralachse A₂ und der optischen Achse A₁ in Reaktion auf die Änderung der Schnittfugenbreite w geändert, die in Abhängigkeit von dem Ausgabeeigenschaftswert OP auftritt, wodurch es möglich ist, die Rate des Prozessgases B präzise einzustellen, das auf den Produktbereich E₁ geblasen wird. Im Ergebnis kann die Anforderung an eine Schneidqualität (Abmessung der Schlacke) des Produktbereichs E₁ effektiver erfüllt werden.
Es ist zu beachten, dass der Speicher 15 nicht auf einen solchen beschränkt ist, der in die Steuervorrichtung 12 integriert ist, sondern auch eine Speichereinheit (zum Beispiel eine Festplatte oder EEPROM) sein kann, die extern mit der Speichereinheit 12 verbunden ist, oder in eine externe Vorrichtung (zum Beispiel einen Server) integriert sein kann, die über ein Kommunikationsnetzwerk mit der Steuervorrichtung 12 verbunden ist.
Ferner kann die oben beschriebene optische Faser 32 weggelassen sein, und der von dem Laseroszillator 14 emittierte Laserstrahl kann beispielsweise von einem Spiegel reflektiert werden, um zu dem Bearbeitungskopf 16 geführt zu werden. Ferner ist der Bewegungsmechanismus 20 nicht auf die oben beschriebene Konfiguration beschränkt. Der Bewegungsmechanismus 20 kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, den Bearbeitungskopf 16 (oder einen Arbeitstisch) in der x-Achsen-Richtung, y-Achsen-Richtung und z-Achsen-Richtung zu bewegen.
Ferner ist das Werkstück W nicht auf das in 13 dargestellte Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann bei dem Werkstück W die Schnittlinie I₃ oder I₆ eine gekrümmte Linie sein, die gekrümmt ist, um einen spitzen Winkel, einen rechten Winkel oder einen stumpfen Winkel zu bilden. In diesem Fall werden die Schneidgeschwindigkeiten v₁₃ und v₁₆ beim Schneiden des Werkstücks W entlang der gekrümmten Schnittlinien I₃ und I₆ auf die Geschwindigkeit v_L eingestellt, die niedriger ist als die Geschwindigkeit v_H, ähnlich zu den oben beschriebenen Ausführungsformen.
Obwohl die vorliegende Offenbarung oben anhand von Ausführungsformen beschrieben wurde, zielen die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht darauf ab, die beanspruchte Erfindung zu beschränken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 6116757 B [0002]

Claims

Laserbearbeitungsverfahren zum Schneiden eines Werkstücks (W) unter Verwendung eines Bearbeitungskopfes (16), der dazu eingerichtet ist, einen Laserstrahl und ein Prozessgas koaxial und nicht koaxial abzugeben, wobei das Verfahren umfasst: Erstellen eines Bearbeitungsprogramms (72), das auf dem Werkstück (W) angibt: eine Schnittlinie (I); und einen ersten Bereich (E₁) und einen zweiten Bereich (E₂) auf beiden Seiten der Schnittlinie (I), deren Anforderungen an eine Schneidqualität sich voneinander unterscheiden; und Beibehalten einer Zentralachse (A₂) des Prozessgases relativ zu einer optischen Achse (A₁) des Laserstrahls zu dem ersten Bereich hin verschoben, in Reaktion auf den Unterschied zwischen den Anforderungen an eine Schneidqualität während eines Schneidens zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich entlang der Schnittlinie (I) in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm (72).
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bearbeitungsprogramm (72) einen dritten Bereich und einen vierten Bereich auf beiden Seiten der Schnittlinie (I) angibt, deren Anforderungen an eine Schneidqualität sich nicht unterscheiden, wobei das Laserbearbeitungsverfahren während eines Schneidens zwischen dem dritten Bereich und dem vierten Bereich entlang der Schnittline (I) in Übereinstimmung mit dem Bearbeitungsprogramm (72) ein Beibehalten des Prozessgases und des Laserstrahls koaxial zueinander umfasst.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, umfassend: Erstellen einer Datentabelle (70), in der Daten einer Bearbeitungsbedingung, die in dem Bearbeitungsprogramm (72) enthalten sind, und ein Verschiebungsbetrag (δ), um den die Zentralachse (A₂) relativ zu der optischen Achse (A₁) verschoben werden soll, im Zusammenhang miteinander gespeichert sind; und Beibehalten der Zentralachse (A₂) relativ zu der optischen Achse (A₁) in Übereinstimmung mit dem Verschiebungsbetrag (δ) verschoben, während eines Schneidens zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: wenn das Bearbeitungsprogramm (84) erstellt wird: Angeben der Schnittlinie (I), des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs auf der Grundlage von Bildinformation und Bestimmen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit zum Schneiden zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich auf der Grundlage der Bildinformation; und Ändern einer positionsbezogenen Beziehung zwischen der Zentralachse (A₂) und der optischen Achse (A₁) in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit während eines Schneides zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: Erfassen einer Bearbeitungsgeschwindigkeit, mit der ein Schneiden zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich durchgeführt wird, wenn das Bearbeitungsprogramm (84) ausgeführt wird; und Ändern einer positionsbezogenen Beziehung zwischen der Zentralachse (A₂) und der optischen Achse (A₁) in Reaktion auf die Bearbeitungsgeschwindigkeit während eines Schneides zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: Messen einer Temperatur des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs, wenn das Bearbeitungsprogramm (94) ausgeführt wird; und Ändern einer positionsbezogenen Beziehung zwischen der Zentralachse (A₂) und der optischen Achse (A₁) in Reaktion auf die Temperatur während eines Schneides zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: Messen einer Schnittfugenbreite (w) zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich, wenn das Bearbeitungsprogramm (104) ausgeführt wird; und Ändern einer positionsbezogenen Beziehung zwischen der Zentralachse (A₂) und der optischen Achse (A₁) in Reaktion auf die Schnittfugenbreite (w) während eines Schneides zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend: Erfassen eines Ausgabeeigenschaftswerts des Laserstrahls, wenn das Bearbeitungsprogramm (104) ausgeführt wird; und Ändern einer positionsbezogenen Beziehung zwischen der Zentralachse (A₂) und der optischen Achse (A₁) in Reaktion auf den Ausgabeeigenschaftswert während eines Schneides zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Bearbeitungskopf umfasst: ein optisches System (26), das dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl zu führen; und ein Endstück (30), das dazu eingerichtet ist, den geführten Laserstrahl zusammen mit dem Prozessgas abzugeben, wobei das Laserbearbeitungsverfahren ein Beibehalten der Zentralachse (A₂) relativ zu der optischen Achse (A₁) verschoben durch ein Verändern zumindest eines von einer optischen Achsenanordnung des optischen Systems (26), einer Position des Endstücks (30) und einem Abgabemodus des Prozessgases in dem Bearbeitungskopf (16) umfasst, wenn zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Bearbeitungskopf (16) einen Endstückbewegungsmechanismus (45) umfasst, wobei das Laserbearbeitungsverfahren ein Verändern einer Position des Endstücks (30) durch ein Betreiben des Endstückbewegungsmechanismus (45) umfasst, wenn zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Bearbeitungskopf (16) mehrere Auslassöffnungen (48) umfasst, die dazu eingerichtet sind, das Prozessgas auszulassen, wobei das Laserbearbeitungsverfahren ein Verändern des Abgabemodus durch ein Ändern einer Flussrate des Prozessgases in den mehreren Auslassöffnungen (48) umfasst, wenn zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das optische System (26) ein optisches Element (26) umfasst, das dazu eingerichtet ist, den Laserstrahl zu führen, wobei das Laserbearbeitungsverfahren ein Verändern einer Anordnung der optischen Achse durch ein Bewegen des optischen Elements (26) umfasst, wenn zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach Anspruch 9, wobei das optische System (26) eine Strahlkopplungseinheit (66) umfasst, die dazu eingerichtet ist, mehrere Laserstrahlen miteinander zu koppeln, wobei das Laserbearbeitungsverfahren ein Verändern einer Anordnung der optischen Achse durch ein Einstellen eines uneinheitlichen Koppelmodus der mehreren Laserstrahlen in der Strahlkopplungseinheit umfasst, wenn zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich geschnitten wird.
Laserbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner umfassend ein Bestimmen eines Verschiebungsbetrags (δ), um den die Zentralachse (A₂) relativ zu der optischen Achse (A₁) verschoben werden soll, in Reaktion auf eine Anforderung, die in einem Schneidprozess des Werkstücks (W) erfüllt werden soll.