DE112021007455T5

DE112021007455T5 - Laserbearbeitungsvorrichtung und laserbearbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112021007455T5
Application number: DE112021007455.5T
Authority: DE
Inventors: Kenta FUJII; Kyohei ISHIKAWA; Nobuaki Tanaka; Motoaki Nishiwaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2024-01-18
Also published as: JP7308966B2; WO2022215169A1; JPWO2022215169A1

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung (1) beinhaltet eine Steuereinrichtung (10), die eine Laserbearbeitung gemäß einer Bearbeitungsbedingung steuert; eine Erkennungseinheit (6), die den Bearbeitungszustand während der Laserbearbeitung in Zeitreihen beobachtet und ein Signal, das einem Beobachtungsergebnis entspricht, als ein Zeitreihensignal ausgibt; eine Parameterschätzeinheit (7), die auf Grundlage von ersten Zeitreihensignaldaten, die das Zeitreihensignal und/oder ein aus dem Zeitreihensignal berechnetes erstes Merkmal beinhalten, und voreingestellten entsprechenden Parameterinformationen, die eine Beziehung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und mindestens einem Parameterwert angeben, der in der Bearbeitungsbedingung enthalten ist, eine Parameterschätzung, die den ersten Zeitreihensignaldaten entspricht, als einen Schätzwert eines Parameters schätzt und ausgibt; eine Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit (8), die einen Sollparameterwert, bei dem es sich um einen Sollwert für den Parameterwert handelt, und die Parameterschätzung vergleicht und einen Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses bestimmt; und eine Parameteraktualisierungseinheit (9), welche die Bearbeitungsbedingung auf eine neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags und der Bearbeitungsbedingung aktualisiert.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung, die eine Laserbearbeitung durchführt, und ein Laserbearbeitungsverfahren.
Hintergrund
Laserbearbeitung bezieht sich auf Bestrahlen eines Werkstücks mit einem kondensierten Laserlicht, um beispielsweise das Werkstück zum Ändern der Form des Werkstücks zu schmelzen und zu verdampfen. Bei der Laserbearbeitung treten je nach einem Zustand einer Laserbearbeitungsvorrichtung, einem Zustand des Werkstücks oder einer Bearbeitungsbedingung verschiedene Bearbeitungsfehler, wie etwa Krätze und Mängel, auf.
Auch wenn die Bearbeitung anfangs gute Bearbeitungsergebnisse hervorbringt, können Bearbeitungsfehler aufgrund von Temperaturänderungen des Werkstücks oder einer optischen Komponente während der Bearbeitung, variierten Oberflächenbedingungen an Positionen des Werkstücks, die dazu führen, dass ein Mittelpunkt des Laserlichts und eine Mittelachse von Bearbeitungsgas fehlausgerichtet werden, und anderen Faktoren auftreten.
Eine verzögerte Erkennung von Bearbeitungsfehlern trägt dazu bei, dass viele Defekte erzeugt werden, was zu einer Verringerung der Produktionseffizienz führt. Das Finden von Bearbeitungsfehlern während der Bearbeitung ist jedoch für einen Bediener schwierig und in vielen Fällen werden die Bearbeitungsfehler erst durch eine Sichtprüfung des Werkstücks nach Abschluss der Bearbeitung erkannt. Daher wurden Techniken entwickelt, die Beobachten eines Bearbeitungszustands mit Sensoren und Anpassen einer Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des beobachteten Bearbeitungszustands beinhalten, um gute Bearbeitungsergebnisse zu erhalten.
Eine in Patentliteratur 1 beschriebene Laserbearbeitungsvorrichtung führt ein Lernen durch, bei dem eine Laserbearbeitungsbedingung, eine Sollabweichung eines Hilfsgasdruckverlusts oder einer Hilfsgasströmungsrate und Bestimmungsdaten, die eine bestimmte Qualität eines bearbeiteten Werkstücks auf Grundlage der Laserbearbeitungsbedingung angeben, verwendet werden, um die Sollabweichung des Hilfsgasdruckverlusts oder der Hilfsgasströmungsrate und eine Anpassung der Laserbearbeitungsbedingung miteinander zu assoziieren.
Liste der Anführungen
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2019-166559
Kurzdarstellung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Die vorstehende in Patentliteratur 1 beschriebene Technik erfordert jedoch, dass die Bearbeitung und Qualitätsbewertung sehr häufig für das Lernen durchgeführt werden, bei dem die Sollabweichung des Hilfsgasdruckverlusts oder der Hilfsgasströmungsrate und die Anpassung der Laserbearbeitungsbedingung zur Laserbearbeitung miteinander assoziiert werden. Daher besteht ein Problem bei der vorstehend in Patentliteratur 1 beschriebenen Technik darin, dass die Anpassung der Laserbearbeitungsbedingung schwierig ist.
Die vorliegende Offenbarung wurde angesichts des Vorstehenden entwickelt, und eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu erhalten, die zu einer einfachen Anpassung einer Bearbeitungsbedingung imstande ist, die ein gutes Bearbeitungsergebnis bei der Laserbearbeitung erbringen kann.
Mittel zur Lösung des Problems
Um das vorstehend genannte Problem zu lösen und die Aufgabe zu erfüllen, beinhaltet eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung eine Steuereinrichtung, welche die Laserbearbeitung gemäß einer Bearbeitungsbedingung für die Laserbearbeitung steuert, und eine Erkennungseinheit, welche einen Bearbeitungszustand während der Laserbearbeitung in Zeitreihen beobachtet und ein Signal, das einem Beobachtungsergebnis entspricht, als ein Zeitreihensignal ausgibt. Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet zudem eine Parameterschätzeinheit, die auf Grundlage von ersten Zeitreihensignaldaten und entsprechenden Parameterinformationen eine Parameterschätzung, die den ersten Zeitreihensignaldaten entspricht, als einen Schätzwert eines Parameters schätzt und die Parameterschätzung ausgibt. Die ersten Zeitreihensignaldaten beinhalten mindestens eines von dem Zeitreihensignal oder einem anhand des Zeitreihensignals berechneten ersten Merkmal. Die entsprechenden Parameterinformationen sind voreingestellt und geben eine Beziehung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und mindestens einem in der Bearbeitungsbedingung enthaltenen Parameterwert an. Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet zudem eine Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit, die einen Sollparameterwert, der ein Sollwert für den Parameterwert ist, und die Parameterschätzung vergleicht und einen Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses bestimmt, und eine Parameteraktualisierungseinheit, welche die Bearbeitungsbedingung auf eine neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags und der Bearbeitungsbedingung aktualisiert.
Wirkungen der Erfindung
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen Vorteil dahingehend auf, dass sie eine einfache Anpassung der Bearbeitungsbedingung ermöglicht, die ein gutes Bearbeitungsergebnis bei der Laserbearbeitung erbringen kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf für einen Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, der durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchzuführen ist.
3 ist eine Darstellung, die den Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, den die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchführt.
4 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Konfiguration einer Verarbeitungsschaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wenn die Verarbeitungsschaltung durch einen Prozessor und einen Speicher umgesetzt ist.
5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verarbeitungsschaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wenn die Verarbeitungsschaltung als dedizierte Hardware konfiguriert ist.
6 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf für einen Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, der durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchzuführen ist.
8 ist eine Darstellung, die den Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, den die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchführt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist nachfolgend eine detaillierte Beschreibung von Laserbearbeitungsvorrichtungen und Laserbearbeitungsverfahren gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitgestellt.
Erste Ausführungsform.
1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist eine Vorrichtung, die ein Laserlicht L kondensiert und ein Werkstück 11 mit dem kondensierten Laserlicht L bestrahlt, um beispielsweise das Werkstück 11 zum Ändern der Form des Werkstücks 11 zu schmelzen und zu verdampfen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 führt zum Beispiel ein Ausschneiden aus dem blechförmigen Werkstück 11 durch.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 kann eine Vorrichtung sein, die Laserschweißen zum Zusammenfügen von zwei Metallplatten durchführt, wobei in diesem Fall die Werkstücke 11 mit dem Laserlicht L bestrahlt werden, um ihre Verbindungsabschnitte zu schmelzen, und dann abgekühlt werden, wodurch die zwei Metallplatten zusammengebracht werden. Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 kann es sich um eine Vorrichtung handeln, die eine additive Fertigung durchführt, bei der Metallpulver oder ein Metalldraht gesintert und lagenförmig aufgebracht wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beinhaltet einen Laseroszillator 2, einen optischen Weg 3, einen Aktor 4, einen Bearbeitungskopf 5, eine Erkennungseinheit 6, eine Parameterschätzeinheit 7, eine Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, eine Parameteraktualisierungseinheit 9 und eine Steuereinrichtung 10. 1 veranschaulicht gestrichelte Linien, die das Laserlicht L darstellen. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 kann eine Anzeigeeinheit beinhalten, die nicht veranschaulicht ist. In diesem Fall kann die Anzeigeeinheit ein Teil der Steuereinrichtung 10 sein.
Der Laseroszillator 2 oszilliert und gibt das Laserlicht L ab. Der Laseroszillator 2 ist von einer nicht einschränkenden Art. Der Laseroszillator 2 ist zum Beispiel ein Faserlaseroszillator, kann jedoch ein CO2-Laseroszillator oder ein Festkörperlaseroszillator sein, der einen Yttrium-Aluminium-Granat(YAG)-Kristall oder ein anderes Material als Anregungsmedium verwendet. Der Laseroszillator 2 kann ein Laser wie etwa ein Direkt-Diodenlaser sein, der direkt Licht von einer Laserdiode verwendet. Das von dem Laseroszillator 2 abgegebene Laserlicht L wird dem Bearbeitungskopf 5 über den optischen Weg 3 zugeführt.
Der optische Weg 3 ist ein Weg, der das von dem Laseroszillator 2 ausgegebene Laserlicht L an den Bearbeitungskopf 5 überträgt. Der optische Weg 3 kann ein Weg, entlang dessen sich das Laserlicht L durch Luft ausbreitet, oder ein Weg, entlang dessen das Laserlicht L durch eine Lichtleitfaser übertragen wird, sein. Der optische Weg 3 muss gemäß Eigenschaften des Laserlichts L ausgestaltet sein.
Der Bearbeitungskopf 5 beinhaltet ein optisches System, welches das Laserlicht L auf das Werkstück 11 fokussiert. Das in dem Bearbeitungskopf 5 enthaltene optische System stellt vorzugsweise einen Brennpunkt nahe einer Fläche des Werkstücks 11 bereit. Der Bearbeitungskopf 5 weist eine Funktion zum Bestrahlen des Werkstücks 11 mit dem Laserlicht L auf. Der Bearbeitungskopf 5 beinhaltet vorzugsweise einen Mechanismus, der Bearbeitungsgas während der Bearbeitung aus einer Düse an der Oberfläche des Werkstücks 11 spritzt, damit gute Bearbeitungsergebnisse erhalten werden können.
Der Aktor 4 ist eine Servosteuereinrichtung, die mindestens einen Satz aus einem Motor und einem Positionsdetektor beinhaltet und imstande ist, eine relative Position zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 11 durch Steuerung zu ändern. Da der Aktor 4 lediglich eine Funktion zum Steuern der relativen Position zwischen dem Bearbeitungskopf 5 und dem Werkstück 11 aufweisen muss, kann der Aktor 4 mindestens eines von einer Funktion zum Verschieben des Bearbeitungskopfs 5 oder einer Funktion zum Verschieben des Werkstücks 11 aufweisen. Ein konkretes Beispiel für den Aktor 4 ist eine Servosteuereinrichtung, die einen Linearmotor und einen Positionsdetektor beinhaltet. Der Aktor 4 kann ein Antriebssystem einsetzen, das einen Motor und ein Getriebe verwendet. Der Aktor 4 kann ein Steuermechanismus sein, der eine Drehwelle beinhaltet. Der Bearbeitungskopf 5 bestrahlt das Werkstück 11 mit dem zugeführten Laserlicht L.
Gemäß einer Bearbeitungsbedingung zur Laserbearbeitung steuert die Steuereinrichtung 10 den Laseroszillator 2, den Aktor 4 und den Bearbeitungskopf 5 so, dass das Laserlicht L das Werkstück 11 abtastet.
Die Erkennungseinheit 6 beinhaltet einen optischen Sensor oder dergleichen, der einen Bearbeitungszustand in Zeitreihen während der Bearbeitung beobachtet und ein Beobachtungsergebnis als ein Zeitreihensignal an die Parameterschätzeinheit 7 ausgibt. Die Erkennungseinheit 6 misst als das Zeitreihensignal den Messwert einer physikalischen Größe, wie etwa einer Intensität und einer Wellenlänge von während der Bearbeitung erzeugtem Licht und einer während der Bearbeitung erzeugten Schallwelle und Ultraschallwelle.
Die Erkennungseinheit 6 ist zum Beispiel eine Fotodiode, welche die Intensität von reflektiertem Licht von dem Werkstück 11 misst und die während der Bearbeitung gemessene Lichtintensität als das Zeitreihensignal ausgibt, das Zeitreiheninformationen angibt. Zu anderen Beispielen für die Erkennungseinheit 6 gehören unter anderem ein Charge-Coupled-Device(CCD)-Sensor, ein Sensor aus einem komplementären Metall-Oxid-Halbleiter (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - CMOS), ein Spektroskop und ein Schallsensor. Die Erkennungseinheit 6 kann eine Kombination aus den vorstehenden Beispielen sein. In Fällen, in denen das Laserlicht L mit der Lichtleitfaser übertragen wird, kann die Erkennungseinheit 6 Licht erkennen, das während der Bearbeitung erzeugt und über die Lichtleitfaser übertragen wird.
Überdies kann, obwohl es sich dabei nicht um einen Sensor handelt, der den Bearbeitungszustand direkt überwacht, ein Sensor, der einen Zustand oder eine Atmosphäre der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beobachtet, wie etwa ein Temperatursensor oder ein Luftfeuchtigkeitssensor, zu der Erkennungseinheit 6 hinzugefügt werden. Es wird bevorzugt, dass die Erkennungseinheit 6 mehrere oder gemischte Sensoren verwendet, um den Bearbeitungszustand und den Zustand der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 genau zu beobachten.
Die Parameterschätzeinheit 7 verwendet Zeitreihensignaldaten, die mindestens eines von dem von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignal oder einem Merkmal, das anhand des von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignals berechnet wird, beinhalten, um eine Parameterschätzung zu berechnen und auszugeben, die den Zeitreihensignaldaten entspricht. Die Zeitreihensignaldaten, welche die Parameterschätzeinheit 7 verwendet, sind erste Zeitreihensignaldaten und das Merkmal, welches die Parameterschätzeinheit 7 verwendet, ist ein erstes Merkmal.
Die Parameterschätzeinheit 7 ist derart vorkonfiguriert, dass sie eine Beziehung (nachfolgend als entsprechende Parameterinformationen bezeichnet) zwischen Zeitreihensignaldaten und einem Wert von mindestens einem Parameter, der (in Bezug auf die später beschriebene Parameterschätzung) in der Bearbeitungsbedingung festgelegt ist, beinhaltet. Auf Grundlage der während der Bearbeitung erhaltenen Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Parameterinformationen berechnet die Parameterschätzeinheit 7 die Parameterschätzung, die den während der Bearbeitung erhaltenen Zeitreihensignaldaten entspricht, und gibt diese an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus.
Eine Vielfalt an Werten ist als die Merkmale in der Parameterschätzeinheit 7 verwendbar. Die Merkmale sind zum Beispiel ein Mittelwert und eine Standardabweichung des von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignals. In diesem Fall beinhalten die entsprechenden Parameterinformationen die vorab registrierte Parameterschätzung, die einem Satz aus dem Mittelwert und der Standardabweichung der Zeitreihensignaldaten entspricht. Somit liest die Parameterschätzeinheit 7 zur Ausgabe die Parameterschätzung aus, die dem Mittelwert und der Standardabweichung der eingegebenen Zeitreihensignaldaten aus den entsprechenden Parameterinformationen entspricht.
Die Parameterschätzeinheit 7 schaltet ein Verfahren zum Bestimmen des/der Merkmals/-e gemäß der Konfiguration der Erkennungseinheit 6 oder der Art der Erkennungseinheit 6 um. Es gibt verschiedene Verfahren, mit denen die Parameterschätzeinheit 7 die Merkmale bestimmt. Beispielsweise kann die Parameterschätzeinheit 7 das von der Erkennungseinheit 6 erhaltene Zeitreihensignal durch ein Verfahren, wie etwa statistische Analyse, Frequenzanalyse, eine Fourier-Transformation, eine digitale Fourier-Transformation, Filterbankanalyse oder eine Wavelet-Transformation, analysieren und einen Satz von Werten, der auf diese Weise erhalten wird, oder einen Satz von Statistiken, der von den erhaltenen Werten abgeleitet wird, als die Merkmale bestimmen. Die hier genannten Verfahren zum Bestimmen der Merkmale sind Beispiele. Die Parameterschätzeinheit 7 kann ein allgemeines Analyseverfahren zum Bestimmen des/der Merkmals/-e anhand des Zeitreihensignals verwenden.
Die in der Parameterschätzeinheit 7 voreingestellten entsprechenden Parameterinformationen müssen lediglich Informationen sein, welche die Übereinstimmung zwischen der zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterschätzung und den Zeitreihensignaldaten angeben. Mit anderen Worten können die entsprechenden Parameterinformationen eine Datentabelle, in der die Parameterschätzung und die Zeitreihensignaldaten in einer Eins-zu-Eins-Beziehung assoziiert sind, oder eine mathematische Formel (eine Funktion, die weiter unten beschrieben wird), welche die Parameterschätzung anhand der Zeitreihensignaldaten ableiten kann, sein.
Beim Erhalten der entsprechenden Parameterinformationen, die in der Parameterschätzeinheit 7 festzulegen sind, wird eine Laserbearbeitung unter Verwendung mehrerer Bearbeitungsbedingungen durchgeführt, die unterschiedliche für den zu aktualisierenden Parameter spezifizierte Werte aufweisen. Die während der Laserbearbeitungen erhaltenen Zeitreihensignaldaten, die Bearbeitungsbedingung und ein Bearbeitungsergebnis werden in einer Datenbank oder dergleichen gespeichert. Wenn die entsprechenden Parameterinformationen in der Parameterschätzeinheit 7 festzulegen sind, muss die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert und den Zeitreihensignaldaten lediglich aus dieser Datenbank extrahiert werden. Die Datenbank kann sich innerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 oder außerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 befinden.
Wenn die Zeitreihensignaldaten und die Bearbeitungsbedingung zum Speichern in der Datenbank zu erhalten sind, müssen die Werte des zu aktualisierenden Parameters lediglich innerhalb eines konfigurierbaren Bereichs des Parameters oder eines Parameterbereichs, von dem erwartet wird, dass er gute Bearbeitungen hervorbringt, unterschiedlich festgelegt werden. Beispielsweise erfolgt die Erfassung der Zeitreihensignaldaten und der Bearbeitungsbedingung zum Speichern in der Datenbank durch Aufteilen des konfigurierbaren Bereichs in mehrere bis mehrere Dutzend Segmente und Durchführen der Laserbearbeitungen mit den jeweils für die Segmente festgelegten Parameterwerten. In der ersten Ausführungsform wird eine solche geringere Anzahl von Bearbeitungen durchgeführt, wenn die entsprechenden Parameterinformationen erhalten werden, welche die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert und den Zeitreihensignaldaten angeben.
Ein entsprechender Parameterinformationsvorbereiter kann die entsprechenden Parameterinformationen, welche die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert und den Zeitreihensignaldaten angeben, durch Auswählen von Daten aus der Datenbank gemäß dem Bearbeitungsergebnis erhalten. Konkret wird die Laserbearbeitung, wie vorstehend beschrieben, unter Verwendung jeder der mehreren Bearbeitungsbedingungen durchgeführt, für welche die unterschiedlichen Werte für den zu aktualisierenden Parameter spezifiziert sind, und werden die Zeitreihensignaldaten, die Bearbeitungsbedingung und das Bearbeitungsergebnis in der Datenbank oder dergleichen gespeichert. Das Bearbeitungsergebnis der Laserbearbeitungen wird zum Beispiel durch eine Bewertung einer bearbeiteten Oberfläche durch einen Bediener erhalten. In diesem Fall bestimmt der Bediener unter anderem, ob das Ergebnis gut oder schlecht ist, identifiziert Symptome von Defekten und bestimmt jeden Grad an Fehlerhaftigkeit. Diese Bestimmungsergebnisse werden als das Bearbeitungsergebnis aufgezeichnet. Die Bestimmung, ob das Ergebnis gut oder schlecht ist, die Identifizierung des/der Symptoms/-e des/der Fehler(s), die Bestimmung des Grads an Fehlerhaftigkeit und andere können durch Analyse einer Fotografie, die von einer Kamera oder einer anderen Einrichtung aufgenommen wurde, erfolgen. Diese Bestimmungsergebnisse können als das Bearbeitungsergebnis aufgezeichnet werden.
Nachdem die Bearbeitungsergebnisse aufgezeichnet wurden, wählt der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter die Daten aus der Datenbank auf Grundlage des Bearbeitungsergebnisses aus und extrahiert mit den ausgewählten Daten die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert und den Zeitreihensignaldaten als die entsprechenden Parameterinformationen.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Auswählen von Daten in Bezug auf das Bearbeitungsergebnis. Damit der Parameterwert beispielsweise nur auf Grundlage des guten Ergebnisses aktualisiert wird, kann der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter nur Daten mit guten Bearbeitungsergebnissen auswählen. Um die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert und den Zeitreihensignaldaten leicht zu erhalten, kann der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter die Bearbeitungsergebnisse, die durch die unterschiedlichen Werte des zu aktualisierenden Parameters erbracht wurden, nacheinander auswählen.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Konfigurieren der entsprechenden Parameterinformationen, welche die Übereinstimmung zwischen den Zeitreihensignaldaten und der Parameterschätzung angeben, aus der Datenbank. Beispielsweise kann der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter direkt einen Wertebereich für die Zeitreihensignaldaten definieren und die entsprechende Parameterschätzung festlegen. Der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter kann die entsprechenden Parameterinformationen durch eine Funktion ausdrücken lassen, welche die Übereinstimmung zwischen den Zeitreihensignaldaten und der Parameterschätzung angibt. Die Funktion kann in diesem Fall eine Funktion sein, welche die Übereinstimmung zwischen den Zeitreihensignaldaten und der Parameterschätzung annähert. Der entsprechende Parameterinformationsvorbereiter kann die Funktion aufweisen, welche die entsprechenden Parameterinformationen in der Form eines Regressionsmodells angibt, das erlernt wurde, um die Parameterschätzung auszugeben, wenn die Zeitreihensignaldaten eingegeben werden. Mit anderen Worten kann es sich bei der Funktion, welche die entsprechenden Parameterinformationen angibt, um das Regressionsmodell handeln, das durch Regressionslernen trainiert wurde, um den Parameterwert auszugeben, welcher den eingegebenen Zeitreihensignaldaten entspricht.
Falls verwendet, ist das Regressionsmodell ein allgemeines Regressionsmodell, wie etwa lineare Regression, Stützvektorregression, Gauß-Prozess-Regression, Regression unter Verwendung von Entscheidungsbäumen (Regressionsbäumen), ein neuronales Netz, ein tiefes neuronales Netz, ein rekurrentes neuronales Netz oder ein neuronales Faltungsnetz.
Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 vergleicht einen voreingestellten Sollparameterwert und die von der Parameterschätzeinheit 7 ausgegebene Parameterschätzung und bestimmt einen Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses.
Der Sollparameterwert wird in der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 auf Grundlage des erbrachten Bearbeitungsergebnisses festgelegt, damit die in der Parameterschätzeinheit 7 festgelegten entsprechenden Parameterinformationen erhalten werden können. Ein Sollparameterwertvorbereiter muss lediglich jedes Bearbeitungsergebnis prüfen, das erbracht wurde, damit die entsprechenden Parameterinformationen erhalten werden, und einen Parameterwert, der einem von dem Bediener als Sollparameterwert gewünschten Bearbeitungsergebnis entspricht, in der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 festlegen.
Beispielsweise wird ein geeigneter Parameterwert aus den verwendeten Parameterwerten ausgewählt, welche die Bearbeitungsergebnisse erbracht haben, die durch den Bediener unter den Bearbeitungsergebnissen als gut bestimmt wurden, die für die in der Parameterschätzeinheit 7 festgelegten zu erhaltenden entsprechenden Parameterinformationen erbracht wurden. Dieser geeignete Parameterwert wird in der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 als der Sollparameterwert festgelegt.
Als konkrete Beispiele sind die folgenden Fallbeispiele denkbar. Der Sollparameterwertvorbereiter kann den Gasdruck als den zu aktualisierenden Parameter auswählen. In diesem Fall wählt der Sollparameterwertvorbereiter, um den Gasverbrauch zu verringern, den niedrigsten Gasdruck unter den Gasdrücken aus, die Bearbeitungsergebnisse erbracht haben, die unter für zu erhaltende entsprechende Parameterinformationen erbrachte Bearbeitungsergebnisse als gut bestimmt wurden. Der Sollparameterwertvorbereiter legt diesen niedrigsten Gasdruck als den Sollparameterwert fest.
Der Sollparameterwertvorbereiter kann eine Bearbeitungsgeschwindigkeit als den zu aktualisierenden Parameter auswählen. In diesem Fall wählt der Sollparameterwertvorbereiter, um eine schnelle Bearbeitung im Vergleich zu einem aktuellen Zustand zu ermöglichen, die höchste Bearbeitungsgeschwindigkeit unter den Bearbeitungsgeschwindigkeiten aus, die Bearbeitungsergebnisse erbracht haben, die unter für zu erhaltende entsprechende Parameterinformationen erbrachten Bearbeitungsergebnissen als gut bestimmt wurden. Der Sollparameterwertvorbereiter legt diese höchste Bearbeitungsgeschwindigkeit als den Sollparameterwert fest.
Wenn der zur Aktualisierung vorgesehene Parameterwert nacheinander von einem geringen Wert zu einem hohen Wert geändert wurde, um Bearbeitungsergebnisse zu erbringen, kann der festzulegende Sollparameterwert ein Durchschnitt eines Maximums und eines Minimums innerhalb eines Bereichs von aufeinanderfolgenden Parameterwerten sein, die als gut bestimmte Bearbeitungsergebnisse erbracht haben, damit durchgängig gute Bearbeitungsergebnisse erhalten werden.
Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 vergleicht den voreingestellten Sollparameterwert und die von der Parameterschätzeinheit 7 ausgegebene Parameterschätzung und bestimmt den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Vergleichsergebnisses. Wenn die Parameterschätzung kleiner als der Sollparameterwert ist, bestimmt die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, dass der Änderungsbetrag positiv sein sollte. Wenn die Parameterschätzung größer als der Sollparameterwert ist, bestimmt die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, dass der Änderungsbetrag negativ sein sollte.
In ihrem Schritt des Vergleichens des Sollparameterwerts und der Parameterschätzung kann die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 eine Differenz oder ein Verhältnis zwischen dem Sollparameterwert und der Parameterschätzung oder eine Größenbeziehung berechnen. Nach Durchführen ihres geeigneten Schritts auf Grundlage des Vergleichsverfahrens bestimmt die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung. Wenn beispielsweise die Differenz zwischen dem Sollparameterwert und der Parameterschätzung (d. h. der Sollparameterwert - die Parameterschätzung) verwendet wird, kann die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung durch Multiplizieren der Differenz mit einem Wert größer als 0 und kleiner als 1 bestimmen. Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 sendet den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung an die Parameteraktualisierungseinheit 9.
Die Parameteraktualisierungseinheit 9 erhält den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung von der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 und erhält zudem die Bearbeitungsbedingung von einer Speichereinheit (nicht veranschaulicht) innerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 oder dergleichen. Die Bearbeitungsbedingung, welche die Parameteraktualisierungseinheit 9 zum Beispiel von der Speichereinheit erhält, entspricht dem, was in der Steuereinrichtung 10 festgelegt wird.
Auf Grundlage des von der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 erhaltenen Änderungsbetrags für die Bearbeitungsbedingung und der in der Steuereinrichtung 10 festgelegten Bearbeitungsbedingung legt die Parameteraktualisierungseinheit 9 eine neue Bearbeitungsbedingung in der Steuereinrichtung 10 fest. Mit anderen Worten wechselt die Parameteraktualisierungseinheit 9 zu der neuen Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags, der durch die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 für die Bearbeitungsbedingung und die aktuelle Bearbeitungsbedingung bestimmt wurde. Konkret addiert die Parameteraktualisierungseinheit 9 den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung zu der aktuellen Bearbeitungsbedingung, um die Bearbeitungsbedingung, die der in der Steuereinrichtung 10 widergespiegelte Addition unterzogen wurde, als die neue Bearbeitungsbedingung aufweist. Mit anderen Worten addiert die Parameteraktualisierungseinheit 9 einen als der Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung festgelegten Parameterwert zu einem Parameterwert, der in der aktuellen Bearbeitungsbedingung festgelegt ist, und sendet den Parameterwert, welcher der Addition unterzogen wurde, an die Steuereinrichtung 10 als einen neuen in der Bearbeitungsbedingung.
Wenn die Parameteraktualisierungseinheit 9 die Parameterwertanpassung nur auf spezifizierte Abschnitte anwenden soll, muss der Betrieb der Parameteraktualisierungseinheit 9 nur außerhalb der spezifizierten Abschnitte ausgesetzt und ausschließlich auf die spezifizierten Abschnitte angewandt werden.
Wenn die Parameterwertanpassung beispielsweise nur auf gerade Abschnitte angewandt werden soll, kann die Parameteraktualisierungseinheit 9 nur während der geraden Bearbeitung betrieben werden. Der Betrieb der Parameteraktualisierungseinheit 9 kann zum Beispiel nur auf vorbestimmte Abschnitte eines Bearbeitungswegs angewandt werden, der durch die Steuereinrichtung 10 spezifiziert ist.
Die in der Steuereinrichtung 10 festgelegte Bearbeitungsbedingung schließt Bedingungen wie etwa Betriebsbedingungen des Laseroszillators 2, des optischen Wegs 3, des Aktors 4 und des Bearbeitungskopfs 5 ein. Zu konkreten Beispielen für die Betriebsbedingungen des Laseroszillators 2, die in der Bearbeitungsbedingung festgelegt werden, gehören unter anderem eine Ausgabeintensität (Strahlenausgabeintensität), eine Ausgabefrequenz, ein Ausgabetastverhältnis, ein Strahlenmodus, eine Wellenform und eine Wellenlänge des Laserlichts L.
Zu konkreten Beispielen für die Bedingungen des optischen Wegs 3, des Aktors 4 und des Bearbeitungskopfs 5, die in der Bearbeitungsbedingung festgelegt werden, gehören unter anderem ein optisches System des optischen Wegs 3, ein optisches Lichtsammelsystem, wie etwa Strahlaufweitung, eine Fokuslage des Laserlichts L im Verhältnis zu dem Werkstück 11, ein Durchmesser des konvergierten Laserlichts L, ein Abstand zwischen dem Werkstück 11 und dem Bearbeitungskopf 5, eine Art von Bearbeitungsgas, der Druck des Bearbeitungsgases, ein Lochdurchmesser der Düse des Bearbeitungskopfs 5, eine Höhe, auf der sich die Düse gemessen von dem Werkstück 11 aus befinden soll, eine Art von Düse und die Bearbeitungsgeschwindigkeit.
Die Bearbeitungsbedingung kann zudem Eigenschaften des Werkstücks 11, wie etwa Material, Dicke und Oberflächenbedingung, beinhalten. Die hier angegebene Bearbeitungsbedingung ist ein Beispiel. Die Elemente der Bearbeitungsbedingung können gemäß der Art der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, einem Bearbeitungszweck, Ausstattung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 usw. erhöht oder verringert werden.
Der von der Parameteraktualisierungseinheit 9 zu aktualisierende Parameter muss lediglich einer der in der Bearbeitungsbedingung enthaltenen Parameter sein, die numerisch dargestellt werden können und während der Bearbeitung modifiziert werden können, ohne die Bearbeitung zu unterbrechen.
Zu konkreten Beispielen für den zu aktualisierenden Parameter gehören unter anderem die Ausgabeintensität, die Ausgabefrequenz, der Ausgabetastgrad, der Strahlenmodus, die Wellenform und die Wellenlänge des Laserlichts L, die Strahlaufweitung, die Fokallage im Verhältnis zu dem Werkstück 11, der Durchmesser des konvergierten Strahls, der Abstand zwischen dem Werkstück 11 und dem Bearbeitungskopf 5, die Art von Bearbeitungsgas, der Druck des Bearbeitungsgases, der Lochdurchmesser der Düse, die Höhe, auf der sich die Düse gemessen von dem Werkstück 11 aus befinden soll, die Art von Düse und die Bearbeitungsgeschwindigkeit.
2 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf für einen Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, der durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchzuführen ist. Zunächst legt der Bediener den Sollparameterwert, der eine zufriedenstellende Bearbeitung erbracht hat, in der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 fest (Schritt ST1) und dann beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit der Bearbeitung (Schritt ST2).
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 bestimmt, ob die Bearbeitung beendet ist oder nicht (Schritt ST3). Wenn die Bearbeitung beendet ist (Schritt ST3, Ja), beendet die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 den Parametermodifikationsprozess. Wenn hingegen die Bearbeitung nicht beendet ist (Schritt ST3, NEIN), beobachtet die Erkennungseinheit 6 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 einen Bearbeitungszustand und gibt ein Zeitreihensignal an die Parameterschätzeinheit 7 aus (Schritt ST4).
Die Parameterschätzeinheit 7 empfängt das Zeitreihensignal von der Erkennungseinheit 6 und berechnet die Parameterschätzung (Schritt ST5). Konkret schätzt die Parameterschätzeinheit 7 nach Empfangen des Zeitreihensignals von der Erkennungseinheit 6 die Parameterschätzung auf Grundlage der entsprechenden Parameterinformationen und Zeitreihensignaldaten, die mindestens eines von dem empfangenen Zeitreihensignal oder einem aus diesem Zeitreihensignal berechneten Merkmal beinhalten. Die Parameterschätzeinheit 7 gibt die Parameterschätzung an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus.
Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 bestimmt einen für den Parameter vorgesehenen Änderungsbetrag auf Grundlage der Parameterschätzung und des Sollparameterwerts (Schritt ST6). Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 gibt den Änderungsbetrag für den Parameter an die Parameteraktualisierungseinheit 9 aus.
Die Parameteraktualisierungseinheit 9 modifiziert den Parameter der Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags für den Parameter (Schritt ST7). Der Parameterwert der Bearbeitungsbedingung wird somit aktualisiert. Danach kehrt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu Schritt ST3 zurück und wiederholt die Schritte ST3 bis ST7, bis die Bearbeitung endet.
3 ist eine Darstellung, die den Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, den die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchführt. 3 veranschaulicht den von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 durchzuführenden Parametermodifikationsprozess in Blockdiagrammform.
Wenn die Steuereinrichtung 10 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 veranlasst, dass mit der Bearbeitung begonnen wird, wird das Laserlicht L auf das Werkstück 11 abgegeben, was zu Bearbeitungsphänomenen 12, wie etwa Metallschmelzen, Metallverdampfung und Lichtemission, führt. Der optische Sensor der Erkennungseinheit 6 beobachtet Licht oder dergleichen, das während der Bearbeitung erzeugt wird, als den Bearbeitungszustand.
Die Erkennungseinheit 6 gibt Beobachtungsdaten des optischen Sensors als das Zeitreihensignal an die Parameterschätzeinheit 7 aus. Die Parameterschätzeinheit 7 berechnet die Parameterschätzung auf Grundlage des Zeitreihensignals, das die Beobachtungsdaten des optischen Sensors angibt, und gibt die Parameterschätzung an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus.
Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 beinhaltet den Sollparameterwert 801, einen Subtrahierer 802 und eine Änderungsbetragverstärkungseinheit 803. Der Subtrahierer 802 der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 berechnet eine Parameterabweichung durch Subtrahieren der Parameterschätzung von dem voreingestellten Sollparameterwert 801. Der Subtrahierer 802 gibt die Parameterabweichung an die Änderungsbetragverstärkungseinheit 803 aus. Die Änderungsbetragverstärkungseinheit 803 bestimmt, als den Änderungsbetrag für den Parameter, den Wert, der durch Multiplizieren der Parameterabweichung mit einer Verstärkung größer als 0 und kleiner oder gleich 1 erhalten wird. Die Änderungsbetragverstärkungseinheit 803 gibt den Änderungsbetrag für den Parameter an die Parameteraktualisierungseinheit 9 aus.
Die Parameteraktualisierungseinheit 9 beinhaltet einen Addierer 901 und einen Parameterpuffer 902. Der Addierer 901 der Parameteraktualisierungseinheit 9 addiert den aus dem Parameterpuffer 902 erhaltenen aktuellen Parameterwert und den Änderungsbetrag für den Parameter und bestimmt, dass ein resultierender Wert ein neuer Parameterwert ist. Weiterhin speichert die Parameteraktualisierungseinheit 9 den neu bestimmten Parameterwert in dem Parameterpuffer 902 und gibt den neuen Parameterwert an die Steuereinrichtung 10 aus.
Die Steuereinrichtung 10 aktualisiert den Parameterwert in der Bearbeitungsbedingung auf den neuen Parameterwert, der von der Parameteraktualisierungseinheit 9 empfangen wird, wodurch zum Beispiel die Steuereinstellung des Laseroszillators 2, des Aktors 4 oder des Bearbeitungskopfs 5 geändert wird. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 kann die Parameterschätzung immer näher an den Sollparameterwert 801 bringen, indem sie diese in 3 veranschaulichten Vorgänge wiederholt.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 wird der Parameterwert, der die zufriedenstellende Bearbeitung erbracht hat, als der Sollparameterwert 801 festgelegt. Daher bedeutet das Bringen der Parameterschätzung näher an den Sollparameterwert 801 und Beibehalten derselben in der Laserbearbeitungsvorrichtung 1, dass der durch die Erkennungseinheit 6 beobachtete Bearbeitungszustand näher an einen zufriedenstellenden Bearbeitungszustand gebracht und dieser beibehalten wird. Dadurch kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die Bearbeitungsphänomene 12 weiterhin auf zufriedenstellende Zustände bringen.
Wenn sich der Parameterwert bei einer einzigen Aktualisierung signifikant ändert, wobei die Parameterschätzung unpassend ist, kann es sein, dass der Parameterwert auf einen unpassenden Wert aktualisiert ist, der Bearbeitungsfehler verursacht. Überdies kann der signifikante Änderungsbetrag des Parameterwerts Bearbeitungsfehler verursachen.
Daher kann die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 gemäß der ersten Ausführungsform derart konfiguriert sein, dass sie eine Obergrenze oder eine Untergrenze für den Änderungsbetrag für den Parameterwert beinhaltet. In diesem Fall wechselt, wenn der Änderungsbetrag für den Parameterwert größer als die für den Änderungsbetrag voreingestellte Obergrenze ist, die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 von dem Änderungsbetrag für den Parameterwert zu der Obergrenze für den Änderungsbetrag. Wenn der Änderungsbetrag für den Parameterwert kleiner als die für den Änderungsbetrag voreingestellte Untergrenze ist, die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 von dem Änderungsbetrag für den Parameterwert zu der Untergrenze für den Änderungsbetrag.
Die Parameteraktualisierungseinheit 9 kann derart konfiguriert sein, dass sie eine Obergrenze oder eine Untergrenze für den Parameterwert beinhaltet. In diesem Fall wechselt, wenn der neu bestimmte Parameterwert größer als die für den Parameterwert voreingestellte Obergrenze ist, die Parameteraktualisierungseinheit 9 von dem neuen Parameterwert zu der Obergrenze für den Parameterwert. Wenn der neu bestimmte Parameterwert kleiner als die für den Parameterwert voreingestellte Untergrenze ist, wechselt die Parameteraktualisierungseinheit 9 von dem neuen Parameterwert zu der Untergrenze für den Parameterwert.
Da es verschiedene Verfahren für die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 und die Parameteraktualisierungseinheit 9 zum Bestimmen des neuen Parameterwerts auf Grundlage der Parameterabweichung und des aktuellen Parameterwerts gibt, sind die vorstehend beschriebenen Verfahren zum Bestimmen des neuen Parameterwerts nicht einschränkend. Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 und die Parameteraktualisierungseinheit 9 können den neuen Parameterwert mit einer allgemeinen Steuertechnik bestimmen. Beispielsweise können die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 und die Parameteraktualisierungseinheit 9 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu einem einzigen Bestandteil kombiniert werden und ein proportionalintegral-differenziales (PID) Steuerungssystem verwenden, das eine proportionale Steuerung, integrale Steuerung und differenziale Steuerung an der Parameterabweichung durchführt, um den neuen Parameterwert zu bestimmen.
Bei der Laserbearbeitung sind die Bearbeitungsphänomene komplexe Phänomene, die Personen, Flüssigkeit und Gas betreffen. Die Bearbeitungsbedingung ist mit vielen Elementen konfiguriert, wie etwa der Ausgabeintensität und der Frequenz des Laserlichts L, der Bearbeitungsgeschwindigkeit, der Strahlfokuslage und dem Druck des Bearbeitungsgases, und es gibt viele Bedingungen dieser Elemente. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform schätzt die Parameterschätzung auf Grundlage der Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Parameterinformationen und bestimmt den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Vergleichsergebnisses zwischen dem Sollparameterwert und der Parameterschätzung. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 aktualisiert zudem die Bearbeitungsbedingung auf die neue Bearbeitungsbedingung Grundlage des Änderungsbetrags für die Bearbeitungsbedingung und der in der Steuereinrichtung 10 festgelegten Bearbeitungsbedingung. Da die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 somit die Bearbeitungsbedingung aktualisieren kann, sodass sie sich der zufriedenstellende Bearbeitungszustand nähert, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 imstande, die Bearbeitungsbedingung einfach anzupassen. Daher kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die Bearbeitungsfehler wie etwa Krätze und Mängel verhindern, wenn viele Bearbeitungsbedingungen für die komplexen Bearbeitungsphänomene verwendet werden. Krätze ist ein Fehler, der sich auf ein Oxidationsprodukt bezieht, das während der Laserbearbeitung an einer unteren Fläche eines zu bearbeitenden Objekts, wie etwa des Werkstücks 11, anhaftet. Mängel sind ein Fehler, der sich auf Unregelmäßigkeiten in einer bearbeiteten Oberfläche bezieht.
Als Nächstes wird eine Beschreibung einer Hardwarekonfiguration für die Parameterschätzeinheit 7, die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, die Parameteraktualisierungseinheit 9 und die Steuereinrichtung 10 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 bereitgestellt. Die Parameterschätzeinheit 7, die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, die Parameteraktualisierungseinheit 9 und die Steuereinrichtung 10 werden nachfolgend als Informationsverarbeitungseinheiten bezeichnet.
Die Informationsverarbeitungseinheiten sind mit einer Verarbeitungsschaltung umgesetzt. Die Verarbeitungsschaltung kann einen Speicher und einen Prozessor beinhalten, der in dem Speicher gespeicherte Programme ausführt, oder kann dedizierte Hardware sein. Die Verarbeitungsschaltung wird auch als Steuerschaltung bezeichnet.
4 ist eine Darstellung, die eine beispielhafte Konfiguration der Verarbeitungsschaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wenn die Verarbeitungsschaltung durch einen Prozessor und einen Speicher umgesetzt ist. Wenn die Verarbeitungsschaltung 90 den Prozessor 91 und den Speicher 92 beinhaltet, werden die Funktionen der Verarbeitungsschaltung 90 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 mit Software, Firmware oder einer Kombination aus Software und Firmware umgesetzt. Die Software, die Firmware oder dergleichen wird als Programme beschrieben und ist in dem Speicher 92 gespeichert. In der Verarbeitungsschaltung 90 liest und führt der Prozessor 91 die in dem Speicher 92 gespeicherten Programme aus, um die Funktionen umzusetzen. Das bedeutet, dass der Speicher 92 in der Verarbeitungsschaltung 90 enthalten ist, um die Programme zu speichern, mit denen die Prozesse der Informationsverarbeitungseinheiten der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 letztendlich ausgeführt werden. Diese Programme können so bezeichnet werden, dass sie einen Computer dazu veranlassen, die Prozesse und die Verfahren der Informationsverarbeitungseinheiten der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 durchzuführen.
Der Prozessor 91 ist hier zum Beispiel eine Zentraleinheit (CPU), eine Verarbeitungseinheit, eine Recheneinheit, ein Mikroprozessor, ein Mikrocomputer oder ein digitaler Signalprozessor (DSP). Der Speicher 92 ist zum Beispiel ein nichtflüchtiger oder flüchtiger Halbleiterspeicher, wie etwa ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Festwertspeicher (ROM), einem Flash-Speicher, einem löschbaren programmierbaren ROM (EPROM) oder einem elektrischen EPROM (EEPROM) (eingetragenes Warenzeichen). Der Speicher 92 kann eine Magnetplatte, eine flexible Platte, eine optische Platte, eine Compact Disk, eine Mini Disk, eine Digital Versatile Disk (DVD) oder dergleichen sein.
5 ist eine Darstellung, die ein Beispiel für die Verarbeitungsschaltung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, wenn die Verarbeitungsschaltung als dedizierte Hardware konfiguriert ist. Wenn die Verarbeitungsschaltung als die dedizierte Hardware konfiguriert ist, entspricht die in 5 veranschaulichte Verarbeitungsschaltung 93 beispielsweise einer Einzelschaltung, einer Verbundschaltung, einem programmierten Prozessor, einem programmierten Parallelprozessor, einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einem feldprogrammierbaren Gate-Array (FPGA) oder einer Kombination derselben.
Die Verarbeitungsschaltung 90 oder die Verarbeitungsschaltung 93 kann die Funktionen der Informationsverarbeitungseinheiten der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 einzeln oder gemeinsam umsetzen. Eine interne Position in der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 ist kein einschränkendes Beispiel für die Stelle, an der die Verarbeitungsschaltung 90 oder die Verarbeitungsschaltung 93 installiert ist.
Beispielsweise kann die Verarbeitungsschaltung 90 oder die Verarbeitungsschaltung 93 von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 weg angeordnet und mit der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 über ein Netzwerk verbunden sein. Die Verarbeitungsschaltung 90 oder 93 kann andere Funktionen als jene der Parameterschätzeinheit 7, der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, der Parameteraktualisierungseinheit 9 und der Steuereinrichtung 10 beinhalten. Die in 1 veranschaulichten Bestandteile sind nicht die einschränkenden Bestandteile der Laserbearbeitungsvorrichtung 1. Beispielsweise können der Laseroszillator 2, der optische Weg 3, der Aktor 4, der Bearbeitungskopf 5 und andere außerhalb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 bereitgestellt sein.
Wie vorstehend beschrieben, schätzt die Parameterschätzeinheit 7 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Parameterschätzung auf Grundlage der Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Parameterinformationen. Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 bestimmt den Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Vergleichsergebnisses zwischen dem Sollparameterwert und der Parameterschätzung. Die Parameteraktualisierungseinheit 9 aktualisiert die Bearbeitungsbedingung auf die neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags für die Bearbeitungsbedingung und der in der Steuereinrichtung 10 festgelegten Bearbeitungsbedingung. Da die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 somit die Parameterschätzung näher an den Sollparameterwert bringen kann, ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 imstande, die Bearbeitungsbedingung so zu aktualisieren, dass der von der Erkennungseinheit 6 beobachtete Bearbeitungszustand näher an den zufriedenstellenden Bearbeitungszustand gebracht wird.
Da die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die entsprechenden Parameterinformationen zur Aktualisierung der Bearbeitungsbedingung verwendet, kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 die Bearbeitungsbedingung mit der verringerten Anzahl von Bearbeitungen und Qualitätsbewertungen automatisch anpassen. Daher ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 imstande, sich leicht an eine Bearbeitungsbedingung anzupassen, die ein gutes Bearbeitungsergebnis bei der Laserbearbeitung erbringen kann.
Zweite Ausführungsform.
Unter Bezugnahme auf die 6 bis 8 wird als Nächstes eine Beschreibung einer zweiten Ausführungsform bereitgestellt. In der zweiten Ausführungsform wird ein Sollparameterwert wiederholt auf Grundlage von Bewertungswerten für Bearbeitungszustände geändert.
6 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration einer Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Unter den Bestandteilen in 6 weisen Bestandteile, die auch in der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform vorhanden sind, die gleichen Namen und die gleichen Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform auf und werden nicht redundant beschrieben.
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform passt einen Parameterwert, der zur Aktualisierung vorgesehen ist, innerhalb eines Bereichs, in dem gute Bearbeitungszustände erbracht werden, auf einen möglichst großen oder kleinen Wert an. Daher ist der Parameterwert, den die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A zur Aktualisierung vorsieht, ein Parameterwert, der wünschenswerterweise ein größerer oder kleinerer Wert ist.
Zu Beispielen für den Parameterwert, den die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A zur Aktualisierung vorsieht, gehören unter anderem eine Bearbeitungsgeschwindigkeit, die wünschenswerterweise für eine verbesserte Produktionsmenge pro Zeiteinheit größer ist, und ein Gasdruck, der wünschenswerterweise für einen verringerten Verbrauch von Bearbeitungsgas kleiner ist. Wenn diese zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwerte zu groß und zu klein sind, treten Bearbeitungsfehler auf, die Bearbeitungen verhindern, wie sie durch einen Bediener gewünscht sind. Aus diesem Grund passt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A den zur Aktualisierung vorgesehenen Parameterwert in einer gewünschten Richtung an, das heißt, auf einen möglichst großen oder kleinen Wert innerhalb des Bereichs, in dem keine Bearbeitungsfehler auftreten.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform bewertet den Bearbeitungszustand und ändert wiederholt auf Grundlage des Bewertungswerts, der eine Bewertungswertung angibt, den Sollparameterwert, wodurch ein in der gewünschten Richtung zu aktualisierende Parameter automatisch angepasst wird, das heißt auf einen größeren oder kleineren Wert innerhalb des Bereichs, in dem die guten Bearbeitungszustände erbracht werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A beinhaltet den Laseroszillator 2, den optische Weg 3, den Aktor 4, den Bearbeitungskopf 5, die Erkennungseinheit 6, die Parameterschätzeinheit 7, die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, die Parameteraktualisierungseinheit 9, die Steuereinrichtung 10, eine Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13, eine Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 und eine Sollwertaktualisierungseinheit 15.
Die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 verwendet Zeitreihensignaldaten, die mindestens eines von einem Zeitreihensignal, das von der Erkennungseinheit 6 erhalten wird, oder einem Merkmal, das anhand des von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignals berechnet wird, beinhalten, um den Bewertungswert, der den Bearbeitungszustand bewertet, zu berechnen und an die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 auszugeben. Die Zeitreihensignaldaten, welche die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 verwendet, sind zweite Zeitreihensignaldaten und das Merkmal, das die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 verwendet, ist ein zweites Merkmal. Die Merkmale sind zum Beispiel ein Mittelwert und eine Standardabweichung des von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignals.
Die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 ist derart vorkonfiguriert, dass sie eine Beziehung (nachfolgend als entsprechende Bewertungsinformationen bezeichnet) zwischen Zeitreihensignaldaten und dem Bewertungswert beinhaltet. Auf Grundlage der während der Bearbeitung erhaltenen Zeitreihensignaldaten und des Bearbeitungszustands berechnet die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 den Bewertungswert, der den während der Bearbeitung erhaltenen Zeitreihensignaldaten entspricht, und gibt ihn an die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 aus.
Wenn die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 das/die Merkmal(e) verwendet, das/die aus dem von der Erkennungseinheit 6 erhaltenen Zeitreihensignal berechnet wurde(n), kann/können das/die zu verwendende(n) Merkmal(e) gleich dem/den von der Parameterschätzeinheit 7 zu verwendenden Merkmal(en) sein oder sich davon unterscheiden.
Die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 schaltet ein Verfahren zum Bestimmen des/der Merkmals/-e gemäß der Konfiguration der Erkennungseinheit 6 oder der Art der Erkennungseinheit 6 um. Es gibt verschiedene Verfahren, mit denen die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 die Merkmale bestimmt. Wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, können verschiedene Werte von der Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 als die Merkmale verwendet werden.
Auf Grundlage der Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Bewertungsinformationen bestimmt die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 die Bewertung für den auf Zeitreihensignaldaten beruhenden Bearbeitungszustand.
Beim Erhalten der entsprechenden Bewertungsinformationen, die in der Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 festzulegen sind, wird eine Laserbearbeitung durchgeführt, indem mehrere Bearbeitungsbedingungen verwendet werden, die unterschiedliche Werte aufweisen, die für den zu aktualisierenden Parameter spezifiziert sind. Die während der Laserbearbeitung erhaltenen Zeitreihensignaldaten und der Bewertungswert werden in einer Datenbank oder dergleichen gespeichert. Wenn die entsprechenden Bewertungsinformationen in der Parameterschätzeinheit 7 festzulegen sind, muss die Übereinstimmung zwischen dem zur Aktualisierung vorgesehenen Bewertungswert und den Zeitreihensignaldaten lediglich aus dieser Datenbank extrahiert werden.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Bewertungswerte während der Erstellung der Datenbank zuzuweisen. Beispielsweise kann der Bediener den Bewertungswert durch Prüfen und Bewerten eines Bearbeitungsergebnisses zuweisen. Der Bediener kann den Bewertungswert für jedes Symptom eines Fehlers und dessen Grad an Fehlerhaftigkeit voreinstellen. Durch eine Sichtprüfung durch den Bediener oder eine Analyse einer Fotografie, die von dem Bearbeitungsergebnis aufgenommen wurde, können das Symptom jedes Defekts und sein Grad an Fehlerhaftigkeit bestimmt werden und kann der Bewertungswert auf Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung zugewiesen werden.
Es gibt verschiedene Verfahren zum Konfigurieren der entsprechenden Bewertungsinformationen, welche die Übereinstimmung zwischen den Zeitreihensignaldaten und dem Bewertungswert angeben, aus der Datenbank. Beispielsweise kann ein entsprechender Bewertungsinformationsvorbereiter direkt einen Wertebereich für die Zeitreihensignaldaten definieren und den entsprechenden Bewertungswert festlegen. Der entsprechende Bewertungsinformationsvorbereiter kann die Übereinstimmung zwischen den Zeitreihensignaldaten und der durch eine Funktion ausgedrückten Parameterschätzung aufweisen. Der entsprechende Bewertungsinformationsvorbereiter kann ein Regressionsmodell verwenden, das erlernt wurde, um den Bewertungswert auszugeben, wenn die Zeitreihensignaldaten eingegeben werden. Mit anderen Worten kann es sich bei der Funktion, welche die entsprechenden Bewertungsinformationen angibt, um das Regressionsmodell handeln, das durch Regressionslernen trainiert wurde, um den Bewertungswert auszugeben, welcher den eingegebenen Zeitreihensignaldaten entspricht.
Falls verwendet, ist das Regressionsmodell ein allgemeines Regressionsmodell, wie etwa lineare Regression, Stützvektorregression, Gauß-Prozess-Regression, Regression unter Verwendung von Entscheidungsbäumen (Regressionsbäumen), ein neuronales Netz, ein tiefes neuronales Netz, ein rekurrentes neuronales Netz oder ein neuronales Faltungsnetz.
Ein von dem Bediener gewünschter Sollwertbewertungswert wird in der Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 durch den Bediener festgelegt. Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 vergleicht den voreingestellten Sollbewertungswert und den von der Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 ausgegebenen Bewertungswert und bestimmt einen Änderungsbetrag für den Sollparameterwert (nachfolgend als der Parametersolländerungsbetrag bezeichnet) auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses.
In Fällen, in denen der zur Aktualisierung vorgesehene Parameterwert wünschenswerterweise ein möglichst großer Wert ist, bestimmt die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14, dass der Parametersolländerungsbetrag ein positiver Wert sein sollte, wenn der Bewertungswert größer als der Sollbewertungswert ist, und bestimmt, dass der Parametersolländerungsbetrag ein negativer Wert sein sollte, wenn der Bewertungswert kleiner als der Sollbewertungswert ist.
Dahingegen bestimmt die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 in Fällen, in denen der zur Aktualisierung vorgesehene Parameterwert wünschenswerterweise ein möglichst kleiner Wert ist, dass der Parametersolländerungsbetrag ein negativer Wert sein sollte, wenn der Bewertungswert größer als der Sollbewertungswert ist, und bestimmt, dass der Parametersolländerungsbetrag ein positiver Wert sein sollte, wenn der Bewertungswert kleiner als der Sollbewertungswert ist.
In ihrem Schritt des Vergleichens des Sollbewertungswerts und des Bewertungswerts kann die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 eine Differenz oder ein Verhältnis zwischen dem Sollbewertungswert und dem Bewertungswert oder eine Größenbeziehung berechnen. Nach Durchführen ihres geeigneten Schritts auf Grundlage des Vergleichsverfahrens bestimmt die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 den Parametersolländerungsbetrag. In Fällen, in denen der zur Aktualisierung vorgesehene Parameterwert wünschenswerterweise ein möglichst großer Wert ist, wenn zum Beispiel die Differenz zwischen dem Bewertungswert und dem Sollbewertungswert (d. h. der Bewertungswert - der Sollbewertungswert) verwendet wird, kann die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 der Parametersolländerungsbetrag durch Multiplizieren der Differenz mit einer konstanten Verstärkung, die ein voreingestellter Wert ist, bestimmen. Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 sendet den Parametersolländerungsbetrag an die Sollwertaktualisierungseinheit 15.
Die Sollwertaktualisierungseinheit 15 erhält den Parametersolländerungsbetrag von der Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14. Der aktuelle Sollparameterwert wird in der Sollwertaktualisierungseinheit 15 gespeichert. Die Sollwertaktualisierungseinheit 15 kann den aktuellen Sollparameterwert aus der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 auslesen. Auf Grundlage des von der Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 erhaltenen Parametersolländerungsbetrags und des aktuellen Sollparameterwerts berechnet die Sollwertaktualisierungseinheit 15 einen neuen Sollparameterwert. Konkret addiert die Sollwertaktualisierungseinheit 15 den Parametersolländerungsbetrag zu dem aktuellen Sollparameterwert und sendet den Sollparameterwert, welcher der Addition unterzogen wurde, an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 als den neuen Sollparameterwert.
Ein in der Sollwertaktualisierungseinheit 15 festzulegender anfänglicher Sollparameterwert wird auf Grundlage jedes erbrachten Bearbeitungsergebnisses festgelegt, damit entsprechende in der Parameterschätzeinheit 7 festgelegte Parameterinformationen erhalten werden können. Ein anfänglicher Sollparameterwertvorbereiter muss lediglich jedes Bearbeitungsergebnis prüfen, das erbracht wurde, damit die entsprechenden Parameterinformationen erhalten werden, und einen Parameterwert, der einem von dem Bediener als der anfängliche Sollparameterwert gewünschten Bearbeitungsergebnis entspricht, in der Sollwertaktualisierungseinheit 15 festlegen.
Da es verschiedene Verfahren für die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 und die Sollwertaktualisierungseinheit 15 gibt, um den neuen Sollparameterwert auf Grundlage des Sollbewertungswerts und des Bewertungswerts zu bestimmen, sind die vorstehend beschriebenen Verfahren zum Bestimmen des Sollparameterwerts nicht einschränkend. Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 und die Sollwertaktualisierungseinheit 15 können den Sollparameterwert mit einer allgemeinen Steuertechnik bestimmen. Beispielsweise können die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 und die Sollwertaktualisierungseinheit 15 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1A zu einem einzigen Bestandteil kombiniert werden und ein PID-Steuersystem verwenden, das eine proportionale Steuerung, integrale Steuerung und differenziale Steuerung an der Differenz zwischen dem Sollbewertungswert und dem Bewertungswert zum Bestimmen des Sollparameterwerts durchführt.
Eine Hardwarekonfiguration der Laserbearbeitungsvorrichtung 1A ähnelt der Hardwarekonfiguration der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 und wird somit nicht beschrieben.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das einen Ablauf für einen Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, der durch die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchzuführen ist. Schritte, die sich mit den in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen überlappen, werden nicht beschrieben.
Zunächst legt der Bediener den anfänglichen Sollparameterwert, der dem gewünschten Bearbeitungsergebnis entspricht, in der Sollwertaktualisierungseinheit 15 fest (Schritt ST1a). Weiterhin legt der Bediener den gewünschten Sollbewertungswert in der Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 fest (Schritt ST1b). Es ist zu beachten, dass entweder der anfängliche Sollparameterwert oder der Sollbewertungswert zuerst eingestellt werden können. Danach beginnt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A mit der Bearbeitung (Schritt ST2).
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A bestimmt, ob die Bearbeitung beendet ist oder nicht (Schritt ST3). Wenn die Bearbeitung beendet ist (Schritt ST3, Ja), beendet die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A den Parametermodifikationsprozess. Wenn hingegen die Bearbeitung nicht beendet ist (Schritt ST3, NEIN), beobachtet die Erkennungseinheit 6 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1A einen Bearbeitungszustand und gibt ein Zeitreihensignal an die Parameterschätzeinheit 7 und die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 aus (Schritt ST4).
Die Parameterschätzeinheit 7 empfängt das Zeitreihensignal von der Erkennungseinheit 6 und die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 empfängt das Zeitreihensignal von der Erkennungseinheit 6.
Bei Empfangen des Zeitreihensignals von der Erkennungseinheit 6 berechnet die Parameterschätzeinheit 7 eine Parameterschätzung (Schritt ST5). Konkret schätzt die Parameterschätzeinheit 7 die Parameterschätzung auf Grundlage von Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Parameterinformationen. Die Parameterschätzeinheit 7 gibt die Parameterschätzung an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus.
Bei Empfangen des Zeitreihensignals von der Erkennungseinheit 6 berechnet die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 den Bewertungswert (Schritt ST8). Konkret berechnet die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 den Bewertungswert auf Grundlage von Zeitreihensignaldaten und der entsprechenden Bewertungsinformationen. Die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 gibt den Bewertungswert an die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 aus.
Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 berechnet einen Parametersolländerungsbetrag auf Grundlage des Sollbewertungswerts und des Bewertungswerts (Schritt ST9). Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 gibt den Parametersolländerungsbetrag an die Sollwertaktualisierungseinheit 15 aus.
Auf Grundlage des aktuellen Sollparameterwerts und des Parametersolländerungsbetrags bestimmt die Sollwertaktualisierungseinheit 15 einen neuen Sollparameterwert (Schritt ST10). Die Sollwertaktualisierungseinheit 15 gibt den neuen Sollparameterwert an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus. Unter Verwendung des neuen Sollparameterwerts, der von der Sollwertaktualisierungseinheit 15 empfangen wurde, aktualisiert die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 den Sollparameterwert.
Es ist zu beachten, dass entweder eine Sequenz der Schritte ST8 bis ST10 oder Schritt ST5 zuerst durchgeführt werden kann oder die Sequenz der Schritte ST8 bis ST10 und Schritt ST5 gleichzeitig durchgeführt werden kann. Sobald die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A sowohl Schritt ST5 als auch Schritt ST10 abgeschlossen hat, führt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A Schritt ST6 durch.
Mit anderen Worten bestimmt die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 einen für den Parameter vorgesehenen Änderungsbetrag auf Grundlage der Parameterschätzung und des neuen Sollparameterwerts (Schritt ST6). Die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 gibt den Änderungsbetrag für den Parameter an die Parameteraktualisierungseinheit 9 aus.
Die Parameteraktualisierungseinheit 9 modifiziert den Parameter einer Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags für den Parameter (Schritt ST7). Danach kehrt die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A zu Schritt ST3 zurück und wiederholt die Schritte ST3 bis ST10, bis die Bearbeitung endet.
8 ist eine Darstellung, die den Parametermodifikationsprozess veranschaulicht, den die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchführt. 8 veranschaulicht den von der Laserbearbeitungsvorrichtung 1A durchzuführenden Parametermodifikationsprozess in Blockdiagrammform. Vorgänge, die sich mit den in der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen überlappen, werden nicht beschrieben. Unter den Bestandteilen in 8 weisen Bestandteile, die auch in 3 vorhanden sind, die gleichen Namen und die gleichen Bezugszeichen wie in 3 auf und werden nicht redundant beschrieben. Eine Beschreibung wird hier für einen Fall bereitgestellt, in dem ein Parameter, für den ein größerer Wert wünschenswert ist, wie etwa die Bearbeitungsgeschwindigkeit, als der zu aktualisierende Parameter ausgewählt wird.
Wenn die Steuereinrichtung 10 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1A veranlasst, dass mit der Bearbeitung begonnen wird, wird das Laserlicht L auf das Werkstück 11 abgegeben, was zu den Bearbeitungsphänomenen 12, wie etwa Metallschmelzen, Metallverdampfung und Lichtemission, führt. Der optische Sensor der Erkennungseinheit 6 beobachtet Licht oder dergleichen, das während der Bearbeitung erzeugt wird, als den Bearbeitungszustand.
Die Erkennungseinheit 6 gibt Beobachtungsdaten des optischen Sensors als das Zeitreihensignal an die Parameterschätzeinheit 7 und die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 aus. Die Parameterschätzeinheit 7 berechnet die Parameterschätzung auf Grundlage des Zeitreihensignals, das die Beobachtungsdaten des optischen Sensors angibt, und gibt die Parameterschätzung an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus. Die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 berechnet den Bewertungswert auf Grundlage des Zeitreihensignals und gibt den Bewertungswert an die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 aus. Hierbei gibt die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 einen größeren Bewertungswert aus, wenn der Bearbeitungszustand gut ist, und einen kleineren Bewertungswert, wenn der Bearbeitungszustand schlecht ist.
Beispielsweise gibt die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 einen Zahlenwert zwischen „0“ und einschließlich „1“ als den Bewertungswert aus. In diesem Fall gibt die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 „1“ aus, wenn der Bearbeitungszustand gut ist, senkt den Bewertungswert, wenn der Betrag an Fehlerhaftigkeit zunimmt, und gibt letztendlich „0“ aus. Mit anderen Worten bringt die Bearbeitungszustandsbewertungseinheit 13 den Bewertungswert näher an „0“, wenn der Grad an Fehlerhaftigkeit zunimmt.
Die Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 beinhaltet den Sollbewertungswert 1401, einen Subtrahierer 1402 und eine Änderungsbetragverstärkungseinheit 1403. Der Subtrahierer 1402 der Solländerungsbetragbestimmungseinheit 14 berechnet eine Bewertungswertabweichung durch Subtrahieren des voreingestellten Sollbewertungswerts 1401 von dem Bewertungswert. Der Subtrahierer 1402 gibt die Bewertungswertabweichung an die Änderungsbetragverstärkungseinheit 1403 aus. Die Änderungsbetragverstärkungseinheit 1403 bestimmt den Parametersolländerungsbetrag durch Multiplizieren der Bewertungswertabweichung und der Verstärkung, bei der es sich um die voreingestellte Konstante handelt. Konkret bestimmt die Änderungsgrößenverstärkungseinheit 1403 den Parametersolländerungsbetrag durch Multiplizieren der Bewertungswertabweichung mit der Verstärkung, die größer als 0 und kleiner oder gleich 1 ist. Der Wert, den die Änderungsbetragsverstärkungseinheit 1403 hier zur Verstärkung verwendet, muss unter anderem gemäß einem Bewertungswertberechnungsverfahren, dem Bereich und einem Parameterwertaktualisierungszeitraum festgelegt werden. Die Änderungsgrößenverstärkungseinheit 1403 gibt den Parametersolländerungsbetrag an die Parameteraktualisierungseinheit 9 aus.
Die Sollwertaktualisierungseinheit 15 beinhaltet einen Addierer 1501 und einen Parameterpuffer 1502. Der Addierer 1501 der Sollwertaktualisierungseinheit 15 addiert den aktuellen Sollparameterwert, der von dem Parameterpuffer 1502 erhalten wurde, und den Parametersolländerungsbetrag und bestimmt, dass ein resultierender Wert der neue Sollparameterwert ist. Weiterhin speichert die Sollwertaktualisierungseinheit 15 den neu bestimmten Sollparameterwert in dem Parameterpuffer 1502 und gibt den neuen Sollparameterwert an die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 aus.
Der Subtrahierer 802 der Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8 berechnet eine Parameterabweichung durch Subtrahieren der Parameterschätzung von dem neuen Sollparameterwert. Danach führen die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit 8, die Parameteraktualisierungseinheit 9 und die Steuereinrichtung 10 die gleichen Vorgänge durch, wie in 3 beschrieben. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A kann die Parameterschätzung immer näher an den Sollparameterwert bringen, der dem Sollbewertungswert 1401 entspricht, indem sie diese in 8 veranschaulichten Vorgänge wiederholt.
Wie vorstehend beschrieben, ändert die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A gemäß der zweiten Ausführungsform den Sollparameterwert wiederholt auf Grundlage der Bewertungswerte für die Bearbeitungszustände. Dadurch kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 1A den zu aktualisierenden Parameter automatisch in der gewünschten Richtung anpassen, das heißt, auf einen größeren oder kleineren Wert innerhalb des Bereichs, in dem die guten Bearbeitungszustände erbracht werden.
Die vorstehenden Konfigurationen, die in den Ausführungsformen veranschaulicht sind, sind veranschaulichend, können mit anderen, allgemein bekannten Techniken kombiniert und teilweise weggelassen oder geändert werden, ohne vom Kern abzuweichen. Die Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden.
Liste der Bezugszeichen
1, 1A Laserbearbeitungsvorrichtung; 2 Laseroszillator; 3 optischer Weg; 4 Aktor; 5 Bearbeitungskopf; 6 Erkennungseinheit; 7 Parameterschätzeinheit; 8 Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit; 9 Parameteraktualisierungseinheit; 10 Steuereinrichtung; 11 Werkstück; 12 Bearbeitungsphänomene; 13 Bearbeitungszustandsbewertungseinheit; 14 Solländerungsbetragbestimmungseinheit; 15 Sollwertaktualisierungseinheit; 90, 93 Verarbeitungsschaltung; 91 Prozessor; 92 Speicher; 801 Sollparameterwert; 802, 1402 Subtrahierer; 803, 1403 Änderungsbetragsverstärkungseinheit; 901, 1501 Addierer; 902, 1502 Parameterpuffer; 1401 Sollbewertungswert; L Laserlicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2019166559 [0006]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend: eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Laserbearbeitung gemäß einer Bearbeitungsbedingung für Laserbearbeitung; eine Erkennungseinheit zum Beobachten eines Bearbeitungszustands in einer Zeitreihe während der Laserbearbeitung und Ausgeben eines Signals, das einem Beobachtungsergebnis entspricht, als ein Zeitreihensignal; eine Parameterschätzeinheit zum Schätzen, auf Grundlage von ersten Zeitreihensignaldaten und entsprechenden Parameterinformationen, einer Parameterschätzung, die den ersten Zeitreihensignaldaten entspricht, als einen Schätzwert eines Parameters und Ausgeben der Parameterschätzung, wobei die ersten Zeitreihensignaldaten mindestens eines von dem Zeitreihensignal oder einem aus dem Zeitreihensignal berechneten ersten Merkmal beinhalten, wobei die entsprechenden Parameterinformationen voreingestellt sind und eine Beziehung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und mindestens einem Parameterwert angeben, der in der Bearbeitungsbedingung enthalten ist; eine Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit zum Vergleichen eines Sollparameterwerts, der ein Sollwert für den Parameterwert ist, und der Parameterschätzung und Bestimmen eines Änderungsbetrags für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses; und eine Parameteraktualisierungseinheit zum Aktualisieren der Bearbeitungsbedingung auf eine neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags und der Bearbeitungsbedingung.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: eine Bearbeitungszustandsbewertungseinheit zum Ausgeben eines Bewertungswerts, der den Bearbeitungszustand auf Grundlage von zweiten Zeitreihensignaldaten bewertet, die mindestens eines von dem Zeitreihensignal oder einem aus dem Zeitreihensignal berechneten zweiten Merkmal beinhalten; eine Solländerungsbetragbestimmungseinheit zum Vergleichen des Bewertungswerts und eines Sollbewertungswerts, bei dem es sich um einen voreingestellten Sollwert für den Bewertungswert handelt, und Bestimmen eines Parametersolländerungsbetrags, bei dem es sich um einen Änderungsbetrag für den Sollparameterwert handelt, auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses; und eine Sollwertaktualisierungseinheit zum Aktualisieren des Sollparameterwerts auf Grundlage des Parametersolländerungsbetrags.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei den entsprechenden Parameterinformationen um Informationen handelt, die auf Grundlage einer Übereinstimmung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten, die von der Erkennungseinheit erkannt werden, wenn die Laserbearbeitung unter Verwendung einer Vielzahl der Bearbeitungsbedingungen durchgeführt wird, die unterschiedliche für den Parameter spezifizierte Werte aufweisen, und dem Parameterwert, welcher der Bearbeitungsbedingung entspricht, festgelegt werden, und die Parameterschätzeinheit die Parameterschätzung auf Grundlage der ersten Zeitreihensignaldaten, die von der Erkennungseinheit während der Bearbeitung erkannt werden, und der entsprechenden Parameterinformationen schätzt und die Parameterschätzung ausgibt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei es sich bei den entsprechenden Parameterinformationen um Informationen handelt, die auf Grundlage eines Bearbeitungsergebnisses festgelegt werden, das erbracht wird, wenn die Laserbearbeitung unter Verwendung einer Vielzahl der Bearbeitungsbedingungen durchgeführt wird, die unterschiedliche für den Parameter spezifizierte Werte aufweisen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei es sich bei den entsprechenden Parameterinformationen um Informationen handelt, die eine Beziehung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und dem Parameterwert, der das als gut bestimmte Bearbeitungsergebnis erbringt, angeben.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei es sich bei den entsprechenden Parameterinformationen um eine Funktion handelt, die eine Überstimmung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und dem Parameterwert angibt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Funktion ein Regressionsmodell ist, das durch Regressionslernen trainiert wird, um den Parameterwert auszugeben, der den ersten Zeitreihensignaldaten entspricht, wenn die ersten Zeitreihensignaldaten eingegeben werden, und die Parameterschätzeinheit eine Ausgabe, die durch Eingeben der ersten Zeitreihensignaldaten, die von der Erkennungseinheit während der Bearbeitung erkannt werden, in das Regressionsmodell erhalten wird, als die Parameterschätzung übernimmt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Parameterschätzeinheit eine Übereinstimmung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten, die von der Erkennungseinheit erkannt werden, wenn die Laserbearbeitung unter Verwendung einer Vielzahl der Bearbeitungsbedingungen durchgeführt wird, die unterschiedliche für den Parameter spezifizierte Werte aufweisen, und dem Parameterwert, welcher der Bearbeitungsbedingung beim Erzeugen der entsprechenden Parameterinformationen entspricht, erlernt.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit bestimmt, dass ein Wert, der durch Multiplizieren einer Differenz zwischen dem Sollparameterwert und der Parameterschätzung mit einem voreingestellten Wert größer als 0 und kleiner oder gleich 1 erhalten wird, ein Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Bedingungsänderungsbetragbestimmungseinheit von dem für die Bearbeitungsbedingung bestimmten Änderungsbetrag zu einer Obergrenze wechselt, die voreingestellt ist, wenn der Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung größer als die Obergrenze ist, und von dem für die Bearbeitungsbedingung bestimmten Änderungsbetrag zu einer Untergrenze wechselt, die voreingestellt ist, wenn der Änderungsbetrag für die Bearbeitungsbedingung kleiner als die Untergrenze ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Parameteraktualisierungseinheit einen neuen Parameterwert für die neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags und der Bearbeitungsbedingung berechnet, von dem berechneten neuen Parameterwert zu einer voreingestellten Obergrenze wechselt, wenn der neue Parameterwert größer als die Obergrenze ist, und von dem berechneten neuen Parameterwert zu einer voreingestellten Untergrenze wechselt, wenn der neue Parameterwert kleiner als die Untergrenze ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Parameter, der in der Bearbeitungsbedingung enthalten ist, mindestens eines von einer Ausgabeintensität eines Laserlichts, einer Ausgabefrequenz des Laserlichts, einem Ausgabetastgrad des Laserlichts, einer Bearbeitungsgeschwindigkeit, einer Fokuslage des Laserlichts im Verhältnis zu einem Werkstück, einem Druck eines Bearbeitungsgases, einer Höhe, auf der sich die Düse gemessen von dem Werkstück aus befinden soll, oder einer Strahlaufweitung des Laserlichts beinhaltet.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Erkennungseinheit mindestens eines von einem optischen Sensor oder einem Schallsensor beinhaltet.
Laserbearbeitungsverfahren zur Laserbearbeitung, das gemäß einer Bearbeitungsbedingung für Laserbearbeitung durchzuführen ist, wobei das Laserbearbeitungsverfahren umfasst: einen Erkennungsschritt zum Beobachten eines Bearbeitungszustands in einer Zeitreihe während der Laserbearbeitung und Ausgeben eines Signals, das einem Beobachtungsergebnis entspricht, als ein Zeitreihensignal; einen Parameterschätzschritt zum Schätzen, auf Grundlage von ersten Zeitreihensignaldaten und entsprechenden Parameterinformationen, einer Parameterschätzung, die den ersten Zeitreihensignaldaten entspricht, als einen Schätzwert eines Parameters und Ausgeben der Parameterschätzung, wobei die ersten Zeitreihensignaldaten mindestens eines von dem Zeitreihensignal oder einem ersten Merkmal beinhalten, das aus dem Zeitreihensignal berechnet wird, wobei die entsprechenden Parameterinformationen voreingestellt sind und eine Beziehung zwischen den ersten Zeitreihensignaldaten und mindestens einem Parameterwert angeben, der in der Bearbeitungsbedingung enthalten ist; einen Bedingungsänderungsbetragbestimmungsschritt zum Vergleichen eines Sollparameterwerts, der ein Sollwert für den Parameterwert ist, und der Parameterschätzung und Bestimmen eines Änderungsbetrags für die Bearbeitungsbedingung auf Grundlage eines Vergleichsergebnisses; und einen Parameteraktualisierungsschritt zum Aktualisieren der Bearbeitungsbedingung auf eine neue Bearbeitungsbedingung auf Grundlage des Änderungsbetrags und der Bearbeitungsbedingung.