DE102020211914A1 - Steuerung, steuersystem und programm - Google Patents

Abstract

Eine Steuerung 1 zum Steuern einer Operation einer Laserbearbeitungsvorrichtung 2, die zum Ändern eines Emissionswinkels eines Laserstrahls, der auf ein Werkstück W zu emittieren ist, in der Lage ist, beinhaltet eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11, die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls auf das Werkstück ermittelt wird; eine Zielwertermittlungseinheit 13, die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14, die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15, die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16, die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren um den Referenzbefehlswert bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und dem bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit 17, die die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 steuert, den Laserstrahl gemäß dem bestimmten, kompensierten Befehlswert zu emittieren.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Steuerung, ein Steuersystem und ein Programm.
• Stand der Technik
• Eine konventionelle bekannte Laserbearbeitungsvorrichtung emittiert einen Laserstrahl auf ein Werkstück, um Bearbeitung am Werkstück durchzuführen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung emittiert den Laserstrahl auf das Werkstück, um das Werkstück an einer Emissionsposition zu schmelzen, um die Bearbeitung, wie etwa Schneiden und Schweißen, durchzuführen.
• Einige Laserbearbeitungsvorrichtungen sind in der Lage, einen Emissionswinkel relativ zur optischen Achse des Laserstrahls zu verändern. Beispielsweise ändert ein 3D-Galvanometerscanner den Winkel von Spiegeln, um die Emissionsposition (Emissionswinkel), unter welcher der aus einer Lichtquelle ausgegebene und dann reflektierte Laserstrahl auf das Werkstück zu emittieren ist, zu ändern.
• An der Emissionsposition des Laserstrahls ist die Strahlform signifikanter verzerrt gegenüber einem perfekten Kreis, da die Abweichung von einer Position, die zur Laserstrahlausgabeöffnung der Laserbearbeitungsvorrichtung weist, ansteigt. Beispielsweise ist die Strahlform signifikanter in eine Ellipse verzerrt, wenn die Abweichung von der Hinwendungsposition ansteigt. Die Strahlform wird für die Bearbeitung eines Werkstücks mit einem kurvenförmigen Schnitt im Vergleich zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einem gradlinigen Schnitt verzerrt. Es ist daher schwierig, gleichförmige Bearbeitung von Werkstücken bereitzustellen. Um dieses Problem anzugehen, ist eine LaserstrahlScanvorrichtung vorgeschlagen worden (siehe beispielsweise Patentdokument 1), welche den Rotationswinkel eines Galvanometerscanners auf Basis der Zielposition zum Emittieren eines Laserstrahls kompensiert.
• Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung, Veröffentlichungsnummer 2008-216873
• ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• In der in Patentdokument 1 beschriebenen Laserstrahlscanvorrichtung wird eine Zielposition zum Emittieren eines Laserstrahls vorab eingegeben, um einen Kompensationsbetrag für eine Kompensationsposition zu berechnen. In der in Patentdokument 1 beschriebenen Laserstrahlscanvorrichtung wird ein Laserstrahlpunktdurchmesser designiert. In der in Patentdokument 1 beschriebenen Laserstrahlscanvorrichtung werden die Rotationswinkel eines X-Achsen-Galvanometerscanners, eines Y-Achsen-Galvanometerscanners und eines Z-Achsen-Galvanometerscanners auf Basis des Kompensationsbetrags für die Kompensationsposition und dem Laserstrahlpunktdurchmesser bestimmt. Die in Patentdokument 1 beschriebene Laserstrahlscanvorrichtung kann somit die Bearbeitung leicht optimieren.
• In Patentdokument 1 ist es jedoch schwierig, eine Bedingung zur Emission eines Laserstrahls gemäß den tatsächlichen Bearbeitungsumständen zu kompensieren. Um weitere Optimierung zu erzielen, ist es wünschenswert, eine Bedingung zur Emission eines Laserstrahls unter Verwendung der tatsächlichen Bearbeitungsumstände zu kompensieren.
• (1) In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung eine Steuerung zum Steuern einer Operation einer Laserbearbeitungsvorrichtung bereit, die zum Ändern eines Emissionswinkels eines Laserstrahls, der auf ein Werkstück zu emittieren ist, in der Lage ist, wobei die Steuerung beinhaltet eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit, die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls auf das Werkstück ermittelt wird; eine Zielwertermittlungseinheit, die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit, die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit, die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit, die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren um den Referenzbefehlswert bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und dem bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit, die die Laserbearbeitungsvorrichtung steuert, den Laserstrahl gemäß dem bestimmten, kompensierten Befehlswert zu emittieren.
• (2) In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Steuersystem bereit, welches die Steuerung gemäß (1) oben beinhaltet; und einen Sensor, der als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks ausgibt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch die Laserbearbeitungsvorrichtung ermittelt wird.
• (3) In noch einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Programm bereit, um einen Computer zu veranlassen, als eine Steuerung zum Steuern einer Operation einer Laserbearbeitungsvorrichtung zu fungieren, die in der Lage ist, einen Emissionswinkel eines auf ein Werkstück zu emittierenden Laserstrahls zu verändern, wobei das Programm den Computer veranlasst, als eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit zu fungieren, die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls auf das Werkstücks ermittelt wird; eine Zielwertermittlungseinheit, die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit, die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit, die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit, die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren um den Referenzbefehlswert bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und den bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit, welche die Laserbearbeitungsvorrichtung steuert, den Laserstrahl gemäß dem bestimmten kompensierten Befehlswert zu emittieren.
• Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Steuerung, ein Steuersystem und ein Programm bereitzustellen, die zum Kompensieren einer Bedingung zur Emission eines Laserstrahls unter Verwendung der tatsächlichen Bearbeitungsumstände in der Lage sind.
• Figurenliste
• 1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das einen 3D-Galvanometerscanner illustriert, der durch ein Steuersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gesteuert wird.
• 2 ist eine schematische Aufsicht eines Bearbeitungsergebnisses eines Werkstücks, das unter Verwendung des Steuersystems gemäß der Ausführungsform bearbeitet wird.
• 3 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, welches das Steuersystem gemäß der Ausführungsform illustriert.
• 4 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerung gemäß der Ausführungsform illustriert.
• 5 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm, das eine Konfiguration eines Sensors gemäß einer Modifikation illustriert.
• 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bearbeitungsergebnisses, welches durch Durchführen von Bearbeitung an einem Werkstück gemäß einer Modifikation erhalten wird.
• 7 ist ein Graph, der eine Differenz zwischen einem Messwert des Bearbeitungsergebnisses und einem Zielwert gemäß der Modifikation illustriert.
• 8 ist ein schematisches Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Bearbeitungsergebnis und einer Strahlbreite gemäß der Modifikation illustriert.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Das Nachfolgende beschreibt eine Steuerung 1, ein Steuersystem 100 und ein Programm gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 1 bis 4. Vor der Beschreibung der Steuerung 1, des Steuersystems 100 und des Programms gemäß der Ausführungsform werden eine Laserbearbeitungsvorrichtung 2, die durch die Steuerung 1 das Steuersystem 100 und das Programm gesteuert wird, beschrieben.
• Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ist beispielsweise ein Galvanometerscanner. Wie in 1 illustriert, beinhaltet die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 eine Fokuslinse 20, die in der Lage ist, den Brennpunkt eines Laserstrahls L, der aus einer Laserstrahlquelle P ausgegeben wird, zu justieren, zwei Spiegel 21 und 22, welche sequentiell den durch die Fokuslinse 20 transmittierten Laserstrahl L reflektieren, zwei Motoren 23 und 24, welche die Spiegel 21 und 22 um Drehachsen X1 bzw. X2 drehbar antreiben und eine Fokussierlinse 25, die den Laserstrahl L sammelt und ausgibt. Die Fokuslinse 20, die Spiegel 21 und 22, die Motoren 23 und 24 und die Fokussierlinse 25 bilden eine Laserstrahlausgabeeinheit 200.
• Die Fokuslinse 20 ist konfiguriert, zwischen der Laserstrahlquelle P und dem Spiegel 21 beweglich zu sein. Die Fokuslinse 20 bewegt sich zwischen der Laserstrahlquelle P und dem Spiegel 21, um die Brennweite zu verändern. Die Fokuslinse 20 ändert die Brennweite zum Ändern des Strahldurchmessers des auf ein Werkstück W zu emittierenden Laserstrahl L.
• Die Spiegel 21 und 22 sind konfiguriert, um die zwei Drehachsen X1 und X2 drehbar zu sein, die jeweils zueinander rechtwinklig sind. Die Motoren 23 und 24, die beide beispielsweise als ein Servomotor aufgebaut sind, treiben die Spiegel 21 bzw. 22 drehbar an, um den aus der Laserstrahlquelle P ausgegebenen Laserstrahl L zu scannen.
• Wie in 1 illustriert, passiert der aus der Laserstrahlquelle P ausgegebene Laserstrahl L die Fokuslinse 20 und wird sequentiell durch die zwei Spiegel 21 und 22 reflektiert. Der Laserstrahl L wird durch die Fokusierlinse 25 gesammelt und wird auf das Werkstück W emittiert. Wenn die zwei Spiegel 21 und 22 durch die Motoren 23 bzw. 24 drehbar angetrieben werden, werden die Einfallswinkel des Laserstrahls L, der in die Spiegel 21 und 22 eindringt, erfolgreich geändert. Als Ergebnis wird der Laserstrahl L, der sequentiell durch die Spiegel 21 und 22 reflektiert und das Werkstück W erreicht, längs einem vorbestimmten Scanpfad auf dem Werkstück W gescannt. Entsprechend, wie in 2 illustriert, wird eine Rille mit einer vorbestimmten Schneidbreite und Tiefe in dem Werkstück W als ein Bearbeitungspfad gebildet.
• Der aus der Laserstrahlquelle P ausgegebene Laserstrahl L wird auf das Werkstück W unter einem Emissionswinkel θ relativ zu einer optischen Achse S der Fokusierlinse 25 gemäß der Emissionsposition emittiert. Mit wachsendem Emissionswinkel θ wird die Strahlform des auf das Werkstück W zu emittierenden Laserstrahl L mehr zu eine Ellipse als zu einem perfekten Kreis. Weiterhin ist die Distanz von einer Laserstrahlausgabeöffnung der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 zu einer Beschreibungsoberfläche des Werkstücks W relativ lang. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ist in der Lage, den Laserstrahl L über den Bereich, innerhalb welches der Laserstrahl L emittiert werden kann, frei zu emittieren. Es ist daher für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 schwierig, relativ hohe Präzisionsbearbeitung durchzuführen, wie etwa hinsichtlich konventioneller Spaltsteuerung. Entsprechend sollten die Steuerung 1, das Steuersystem 100 und das Programm gemäß dieser Ausführungsform Bearbeitungsbedingungen gemäß tatsächlichen Bearbeitungsergebnissen kompensieren, um die Variation bei den Bearbeitungsergebnissen zu reduzieren.
• Als Nächstes wird die Steuerung 1, das Steuersystem 100 und das Programm gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Wie in 3 illustriert, beinhaltet das Steuersystem 100 die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, einen Sensor 3 und die Steuerung 1.
• Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 ist eine Vorrichtung, die zum Emittieren des Laserstrahls L auf das Werkstück W in der Lage ist. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 emittiert den Laserstrahl L auf das Werkstück W unter einem Emissionswinkel θ relativ zur optischen Achse S der Fokussierlinse 25. Ein 3D-Galvanometerscanner ist in der Lage beispielsweise das Werkstück W zu schneiden und zu schweißen. Bei dieser Ausführungsform wird als ein Beispiel die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, welche das Werkstück W schneidet, beschrieben.
• Der Sensor 3 ist beispielsweise ein Distanzmesssensor. Der Sensor 3 wandelt ein Bearbeitungsergebnis in einem Bearbeitungsbereich R einschließlich der Emissionsposition des Laserstrahls L in einen Wert um und gibt den Wert aus. Beispielsweise wandelt der Sensor 3 ein Distanzmessergebnis eines durch den emittierten Laserstrahl L geschmolzenen Bereichs (nahe der Emissionsposition) in einen Wert als ein Bearbeitungsergebnis um und gibt den Wert aus. Beispielsweise kann der Sensor 3 die physikalische Größe entsprechend der Schneidgeschwindigkeit der Rille, illustriert in 2, ausgeben. Beispielsweise kann der Sensor 3 weiter die physikalische Größe entsprechend der Tiefe der in 2 illustrierten Rille ausgeben. Der Ausdruck „nahe der Emissionsposition“, wie hierin verwendet, bezieht sich auf einen Ort auf dem Werkstück W, wo die Bearbeitung tatsächlich durch den emittierten Laserstrahl L durchgeführt wird, wobei der Ort die Emissionsposition beinhaltet.
• Die Steuerung 1 steuert den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 2, der in der Lage ist, den Emissionswinkel θ des auf das Werkstück W zu emittierenden Laserstrahl L zu verändern. Wie in 4 illustriert, beinhaltet die Steuerung 1 eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11, eine Zielwertspeichereinheit 12, eine Zielwertermittlungseinheit 13, eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14, eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15, eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 und eine Ausführungssteuereinheit 17.
• Die Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11 wird beispielsweise durch eine Operation einer Zentraleinheit (CPU) implementiert. Die Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11 ermittelt, als Bearbeitungsinformation, ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks W, das durch Emittieren des Laserstrahls L auf das Werkstück W erhalten wird. Die Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11 ermittelt beispielsweise die Schneidbreite einer Rille und Tiefe der Rille als Bearbeitungsinformation.
• Die Zielwertspeichereinheit 12 ist beispielsweise ein sekundäres Aufzeichnungsmedium, wie etwa eine Festplatte. Die Zielwertspeichereinheit 12 speichert einen Zielwert eines Bearbeitungsergebnisses. Die Zielwertspeichereinheit 12 speichert als einen Zielwert einen Wert der Schneidposition, der Schneidbreite des Schneidbetrags oder dergleichen für das Werkstück W.
• Die Zielwertermittlungseinheit 13 wird beispielsweise durch den Betrieb der CPU implementiert. Die Zielwertermittlungseinheit 13 ermittelt einen Zielwert eines Bearbeitungsergebnisses. Die Zielwertermittlungseinheit 13 ermittelt einen Zielwert durch beispielsweise Einlesen des in der Zielwertspeichereinheit 12 gespeicherten Zielwerts.
• Die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 wird beispielsweise durch eine Operation der CPU implementiert. Die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 berechnet, als einen Referenzbefehlswert, einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 auf Basis des ermittelten Zielwerts. Beispielsweise analysiert die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 den Zielwert als ein Bearbeitungsprogramm. Gemäß dem Bearbeitungsprogramm berechnet die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 die Energiedichte des Laserstrahls L, die Beschleunigung/Verlangsamung der Motoren 23 und 24, die Brennweite oder dergleichen als einen Referenzbefehlswert.
• Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 wird beispielsweise durch einen Betrieb der CPU implementiert. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 bestimmt einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl L auf Basis der ermittelten Bearbeitungsinformation und des ermittelten Zielwerts. Beispielsweise berechnet die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 eine Differenz zwischen der Bearbeitungsinformation und dem Zielwert. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 bestimmt einen Kompensationsbetrag der Energiedichte des Laserstrahls L, die Beschleunigung/Verlangsamung der Motoren 23 und 24, die Brennweite (den Bewegungsbetrag der Fokuslinse 20) oder dergleichen gemäß der Differenz. Weiter bestimmt die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 ein Rechenergebnis von Formel 1 unten, welche durch einen Kompensationsbetrag ΔZ repräsentiert wird, unter Verwendung einer Kompensationsrichtung (Bewegungsrichtung) S_z, basierend auf der Ist-Position, einem Umwandlungskoeffizienten (Bearbeitungspositions-Bewegungsbetrag) C_z, eine Datengewichtung W_i, einen Zielwert A_i und Bearbeitungsinformation m_i (z. B. der Schneidbreite). $$\Delta Z=s_z\times {\text{C}}_{\text{z}}{\displaystyle \sum _i{\text{W}}_i\left(a_i-m_i\right)}$$

  
• Die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 wird beispielsweise durch einen Betrieb der CPU implementiert. Die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 bestimmten eine kompensierten Befehlswert, der durch Kompensieren des Referenzbefehlswerts ermittelt wird, auf Basis des berechneten Referenzbefehlswert und des bestimmten Kompensationsbetrags. Beispielsweise berechnet die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 die Summe des Referenzbefehlswerts und des Kompensationsbetrags, um einen kompensierten Befehlswert zu bestimmen. Die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 bestimmt ein Rechenergebnis von Formel 2 unten, welche durch einen kompensierten Befehlswert Δ (Laserbefehl) repräsentiert wird, unter Verwendung einer Kompensationsrichtung S_L und eines Umwandlungskoeffizienten α. $$\Delta \left(\text{Laserbefehl}\right)={\text{S}}_{\text{L}}\times \mathrm{\alpha }\times \Delta \text{Z}$$

  
• Die Ausführungssteuereinheit 17 wird beispielsweise durch einen Betrieb der CPU implementiert. Die Ausführungssteuereinheit 17 veranlasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, einen Laserstrahl auf Basis des bestimmten Kompensationswerts zu emittieren. Beispielsweise veranlasst die Ausführungssteuereinheit 17 die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, mit dem bestimmten kompensierten Befehlswert zu arbeiten.
• Als Nächstes wird der Betrieb des Steuersystems 100 und der Steuerung 1 beschrieben. Zuerst ermittelt die Zielwertermittlungseinheit 13 einen Zielwert aus der Zielwertspeichereinheit 12. Die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 berechnet einen Referenzbefehlswert auf Basis des Zielwerts. Da der Laserstrahl L in dieser Stufe nicht auf das Werkstück W emittiert worden ist, gibt der Sensor 3 kein Bearbeitungsergebnis (Bearbeitungsinformation) aus. Somit bestimmt die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 den Kompensationsbetrag, 0 zu sein. Entsprechend bestimmt die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 nur den Referenzbefehlswert als einen kompensierten Befehlswert. Die Ausführungssteuereinheit 17 veranlasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, den Laserstrahl L gemäß dem bestimmten kompensierten Befehlswert zu emittieren.
• In Reaktion auf die Emission des Laserstrahls L beginnt der Sensor 3 das Ausgeben von Bearbeitungsinformation. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 berechnet eine Differenz zwischen der Bearbeitungsinformation und dem Zielwert. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 wandelt die Differenz in die Energiedichte des Laserstrahls L, die Beschleunigung/Verlangsamung der Motoren 23 und 24, die Brennweite oder dergleichen um. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 bestimmt den umgewandelten Wert als einen Kompensationsbetrag.
• Die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 berechnet die Summe des Referenzbefehlswert und des Kompensationsbetrags, um einen kompensierten Befehlswert zu bestimmen. Beispielsweise bestimmt die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 die Energiedichte des Laserstrahl L, die Beschleunigung/Verlangsamung der Motoren 23 und 24 und die Brennweite (die Bewegungsdistanz der Fokuslinse 20), welche kompensiert wird, so dass der Wärmebetrag, der in der Emissionsposition eingegeben wird, nahezu konstant gehalten wird, als kompensierte Befehlswerte. Die Ausführungssteuereinheit 17 steuert die Laserbearbeitungsvorrichtung 2, um Laseremission gemäß dem kompensierten Befehlswert durchzuführen.
• Als Nächstes wird das Programm gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Jede der in der Steuerung 1 enthaltenen Komponenten kann durch Hardware, Software oder eine Kombination davon implementiert werden. Der Ausdruck „durch Software implementiert“, wie hierin verwendet, bezieht sich darauf, dadurch implementiert zu werden, dass ein Computer ein Programm einliest und ausführt.
• Das Programm kann unter Verwendung verschiedener Typen nichttransitorischer computerlesbarer Medien gespeichert und einem Computer zugeführt werden. Die nicht-transitorischen computerlesbaren Medien beinhalten verschiedene Typen von anfassbaren Speichermedien. Beispiele der nicht-transitorischen computerlesbaren Medien beinhalten Magnetaufzeichnungsmedien (z. B. eine flexible Disk, ein Magnetband und ein Festplattenlaufwerk), magnetoptische Aufzeichnungsmedien (z. B. eine magnetoptische Disk), einen Compact-Disk Nur-Lesespeicher (CD-ROM), eine CD-R, eine CD-R/W, und Halbleiterspeicher (z. B. ein Masken-ROM, ein programmierbares ROM (PROM), ein löschbares PROM (EPROM), ein Flash-ROM und einen Wahlfrei-Zugriffsspeicher (RAM)). Alternativ kann das Programm einen Computer durch verschiedene Typen von transitorischen computerlesbaren Medien zugeführt werden. Beispiele der transitorischen computerlesbaren Medien beinhalten elektrische Signale, optische Signale und elektromagnetische Wellen. Ein transitorisches computerlesbares Medium kann ein Programm einen Computer über einen verdrahteten Kommunikationspfad, wie etwa ein elektrisches Kabel und einen Lichtleiter oder einen Drahtlos-Kommunikationspfad zuführen.
• Entsprechend erzielen das Steuersystem 100, die Steuerung 1 und das Programm gemäß dieser Ausführungsform die nachfolgenden Vorteile.
• (1) Eine Steuerung 1 zur Steuerung eines Betriebs einer Laserbearbeitungsvorrichtung 2, die in der Lage ist, einen Emissionswinkel eines auf einem Werkstück W zu emittierenden Laserstrahl L zu verändern, wobei die Steuerung 1 einen Laserstrahl L beinhaltet, die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks W ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls L auf das Werkstück W erhalten wird; eine Zielwertermittlungseinheit 13, die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14, die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15, die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl L bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16, die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren des Referenzbefehlswerts bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und dem bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit 17, die die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 steuert, den Laserstrahl L gemäß dem bestimmten kompensierten Befehlswert zu emittieren. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, eine Bedingung zur Emission des Laserstrahls L unter Verwendung der tatsächlichen Bearbeitungsumstände zu kompensieren. Entsprechend kann die in der Emissionsposition eingegebene Wärmemenge nahezu konstant gehalten werden und können die Bearbeitungsumstände stabilisiert werden.
• (2) Die Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit 11 ermittelt die Bearbeitungsinformation aus einem Sensor 3, der ein Bearbeitungsergebnis in einem Bearbeitungsbereich einschließlich einer Emissionsposition des Laserstrahls in einen Wert umwandelt und den Wert ausgibt. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, Rückkopplungssteuerung einer Bedingung zur Emission des Laserstrahls L gemäß den tatsächlichen Bearbeitungsumständen durchzuführen. Entsprechend können unerwartete Emissionsumstände flexible gehandhabt werden. Beispielsweise können selbst unerwartete Ungleichförmigkeiten (Irregularitäten) in einer Oberfläche des Werkstücks W flexibel gehandhabt werden.
• (3) Die Referenzbefehlswert-Recheneinheit 14 berechnet einen Referenzbefehlswert, der Information zu einem Winkel von Spiegeln 21 und 22 enthält, die eine Emissionsrichtung des Laserstrahl L ändern, einer Position einer Fokuslinse 20, die eine Brennweite des Laserstrahls L ändert, und einer Energiedichte des Laserstrahls L, die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 bestimmt den Winkel der Spiegel 21 und 22, welche die Emissionsrichtung des Laserstrahls L ändern, die Position der Fokuslinse 20, welche die Brennweite des Laserstrahls L ändert und die Energiedichte des Laserstrahls L, und die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit 16 bestimmt einen kompensierten Befehlswert für den Winkel der Spiegel 21 und 22, welche die Emissionsrichtung des Laserstrahls L ändert, der Fokuslinse 20, welche die Brennweite des Laserstrahl L ändert, und der Energiedichte des Laserstrahls L. Bei dieser Konfiguration ist es möglich, flexibel den Wärmebetrag, der in der Emissionsposition eingegeben wird, zu verändern.
• Während ein Steuersystem, eine Steuerung und ein Programm gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung beschrieben worden sind, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann angemessen modifiziert werden. Beispielsweise kann in der oben beschriebenen Ausführungsform der Sensor 3 als ein koaxialer Sensor des Laserstrahls L der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 gebildet sein. Spezifisch, wie in 5 illustriert, kann der Sensor 3 aus der Lichtquelle PS ausgegebenes Licht unter Verwendung eines sensorseitigen Spiegels 31 reflektieren, um Distanzmesslicht LS zu erzeugen, dass zu einer Bearbeitungsoberfläche des Werkstücks W emittiert wird, das Distanzmesslicht LS unter Verwendung der Spiegel 21 und 22 der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 zu reflektieren und das Distanzmesslicht LS zu dem Bearbeitungsbereich R des Werkstücks W emittieren. Weiter kann der Sensor 3 das Distanzmesslicht LS reflektieren, welches durch Spiegel 21 und 22 der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 reflektiert wird, unter Verwendung des sensorseitigen Spiegels 21 und dann das reflektierte Distanzmesslicht LS unter Verwendung einer Lichtempfangseinheit 32 empfangen. Der sensorseitige Spiegel 31 ist in der Lage, den Winkel frei zu verändern, solange wie das Distanzmesslicht LS auf die Spiegel 21 und 22 der Laserbearbeitungsvorrichtung 2 emittiert werden kann.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Bearbeitung nicht auf Schneiden beschränkt und kann Schweißen sein. Wenn eine Bearbeitung ein Schweißen ist, wie in 6 und 7 illustriert, misst der Sensor 3 die Tiefe eines Schlüssellochdurchmessers (Stanzlochdurchmesser) ab einer Oberflächenhöhe R1 vor Bearbeitung und eine Höhe R2 eines Lochs im Werkstück W während des Schweißens (Auflösung) relativ zur Richtung des Schweißens. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 bestimmt einen Kompensationswert, so dass die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem Zielwert nahe an 0 wird. Alternativ, wie in 8 illustriert, kann der Sensor 3 einen Kompensationsbetrag auf eine ähnliche Weise zu derjenige für die Tiefe einer Rille unter Verwendung der Breite einer Schweißperle B, die durch Schweißen gebildet wird, bestimmen.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform ist weiterhin die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 nicht auf einen 3D-Galvanometerscanner beschränkt. In der oben beschriebenen Ausführungsform ist weiterhin der Sensor 3 nicht auf einen Distanzmesssensor beschränkt. Der Sensor 3 kann beispielsweise ein Laserbereichssensor oder dergleichen sein. Alternativ kann der Sensor 3 als ein Bearbeitungsergebnis ein aufgenommenes Bild ausgeben, das eine Position beinhaltet, wo die Bearbeitung mit dem Laserstrahl L durchgeführt wird. Die Steuerung 1 kann weiter beispielsweise eine (nicht gezeigte) Bearbeitungsergebnis-Recheneinheit beinhalten, die die Breite einer Rille und die Höhe der Rille auf Basis des ausgegebenen, aufgenommenen Bilds berechnet.
• In der oben beschriebenen Ausführungsform kann weiterhin die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 den Kompensationsbetrag für den Laserstrahl L gemäß dem Inhalt von Bearbeitung bestimmen, welcher durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 durchgeführt wird, auf Basis der gewichteten Bearbeitungsinformation und eines Zielwerts. Wenn beispielsweise ein Schweißen durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 2 durchgeführt wird, muss der in der ermittelten Bearbeitungsinformation enthaltene Wert der Schneidbreite nicht den Kompensationsbetrag bestimmen. Entsprechend kann die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 die Gewichtung für die Schneidbreite, die in der Bearbeitungsinformation enthalten ist, auf 0 (Abschalten der Gewichtung) einstellen und den Kompensationsbetrag für den Laserstrahl L auf Basis der gewichteten Bearbeitungsinformation und eines Zielwerts bestimmen. Die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit 15 kann den Bearbeitungsinhalt aus einer Bearbeitungsinhalts-Einstelleinheit (nicht gezeigt), die in der Steuerung 1 angeordnet ist, ermitteln. Die Zielwertermittlungseinheit 13 kann einen Zielwert aus der Zielwertspeichereinheit 12 auf Basis des durch die Bearbeitungsinhalts-Einstelleinheit eingestellten Bearbeitungsinhalts einlesen. Die Bearbeitungsinhalts-Einstelleinheit kann beispielsweise eine Eingabevorrichtung, wie etwa eine Tastatur sein. Die Bearbeitungsinhalts-Einstelleinheit kann den Bearbeitungsinhalt ermitteln, der gemäß einem Bearbeitungsprogramm für die Bearbeitung des Werkstücks W eingestellt wird. Die Bearbeitungsinhalts-Einstelleinheit kann einen gewichteten Parameter einstellen, der auf die Bearbeitungsinformation gemäß dem Bearbeitungsinhalt anzuwenden ist.
• Bezugszeichenliste

1

Steuerung

2

Laserbearbeitungsvorrichtung

3

Sensor

11

Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit

12

Zielwertspeichereinheit

13

Zielwertermittlungseinheit

14

Referenzbefehlswert-Recheneinheit

15

Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit

16

Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit

17

Ausführungssteuereinheit

20

Fokuslinse

100

Steuersystem

L

Laserstrahl

W

Werkstück

Claims (6)

1. Steuerung (1) zum Steuern einer Operation einer Laserbearbeitungsvorrichtung (2), die zum Ändern eines Emissionswinkels eines Laserstrahls (L), der auf ein Werkstück (W) zu emittieren ist, in der Lage ist, wobei die Steuerung (1) umfasst: eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit (11), die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks (W) ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls (L) auf das Werkstück (W) ermittelt wird; eine Zielwertermittlungseinheit (13), die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit (14), die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit (15), die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl (L) bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit (16), die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren um den Referenzbefehlswert bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und dem bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit (17), die die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) steuert, den Laserstrahl (L) gemäß dem bestimmten, kompensierten Befehlswert zu emittieren.
2. Steuerung (1) gemäß Anspruch 1, wobei die Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit (11) die Bearbeitungsinformation aus einem Sensor (3) ermittelt, der ein Bearbeitungsergebnis in einem Bearbeitungsbereich, der eine Emissionsposition des Laserstrahls (L) beinhaltet, in einen Wert umwandelt und den Wert ausgibt.
3. Steuerung (1) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Referenzbefehlswert-Recheneinheit (14) als den Referenzbefehlswert einen Referenzbefehlswert berechnet, der Information zu einem Winkel eines Spiegels, der eine Emissionsrichtung des Laserstrahls (L) ändert, einer Position einer Fokuslinse (20), welche eine Brennweite des Laserstrahl (L) ändert, und einer Energiedichte des Laserstrahls (L), beinhaltet, die Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit (15) den Winkel des Spiegels, der die Emissionsrichtung des Laserstrahl (L) ändert, die Position der Fokuslinse (20), welche die Brennweite des Laserstrahls (L) ändert, und die Energiedichte des Laserstrahls (L) bestimmt, und die Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit (16) einen kompensierten Befehlswert für den Winkel des Spiegels, welcher die Emissionsrichtung des Laserstrahls (L) ändert, die Position der Fokuslinse (20), welche die Brennweite des Laserstrahls (L) ändert, und die Energiedichte des Laserstrahls (L) bestimmt.
4. Steuerung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) einen 3D-Galvanometerscanner umfasst.
5. Steuersystem (100), umfassend: die Steuerung (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4; und einen Sensor (3), der als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks (W) ausgibt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) ermittelt wird.
6. Programm, um einen Computer zu veranlassen, als eine Steuerung (1) zum Steuern einer Operation einer Laserbearbeitungsvorrichtung (2) zu fungieren, die in der Lage ist, einen Emissionswinkel eines auf ein Werkstück (W) zu emittierenden Laserstrahls (L) zu verändern, wobei das Programm den Computer veranlasst, zu fungieren als: eine Bearbeitungsinformations-Ermittlungseinheit (11), die als Bearbeitungsinformation ein Bearbeitungsergebnis des Werkstücks (W) ermittelt, wobei das Bearbeitungsergebnis durch Emittieren des Laserstrahls (L) auf das Werkstück (W) ermittelt wird; eine Zielwertermittlungseinheit (13), die einen Zielwert des Bearbeitungsergebnisses ermittelt; eine Referenzbefehlswert-Recheneinheit (14), die als einen Referenzbefehlswert einen Befehlswert eines Operationsbefehls für die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) berechnet, basierend auf dem ermittelten Zielwert; eine Kompensationsbetrags-Bestimmungseinheit (15), die basierend auf der ermittelten Bearbeitungsinformation und dem ermittelten Zielwert einen Kompensationsbetrag für den Laserstrahl (L) bestimmt; eine Kompensationsbefehlswert-Bestimmungseinheit (16), die einen kompensierten Befehlswert durch Kompensieren um den Referenzbefehlswert bestimmt, basierend auf dem berechneten Referenzbefehlswert und dem bestimmten Kompensationsbetrag; und eine Ausführungssteuereinheit (17), welche die Laserbearbeitungsvorrichtung (2) steuert, den Laserstrahl (L) gemäß dem bestimmten, kompensierten Befehlswert zu emittieren.

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