DE4336136C2 - Laserbearbeitungsvorrichtung und -verfahren - Google Patents
Laserbearbeitungsvorrichtung und -verfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Laserbearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Oberbegriff von
Patentanspruch 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner
eine Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 8.
Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind
in DE 30 50 326 C2 beschrieben. Es wird vorgeschlagen, das
von einer Bearbeitungsstelle reflektierte Laserlicht an den
Resonator zurückzuführen und anschließend durch einen
Detektor zu erfassen, in dem ein Bild des bestrahlten Objekts
erzeugt wird.
In DE 41 06 008 A1 wird vorgeschlagen, zum Erkennen von
Schweißfehlern an der Bearbeitungsstelle emittiertes Licht zu
zwei optoelektrischen Empfängern zu leiten, die an der
Bearbeitungsstelle angeordnet sind und eine
Auswertevorrichtung beaufschlagen, in der Daten über den
Status des Werkstücks gewonnen werden.
In JP 2-179374 A wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung
beschrieben, mit der eine Zerstörung optischer Bauteile durch
eine übermäßig starke Zunahme der Leistung im Laseroszillator
vermieden werden soll.
In JP 61-219489 wird ein Verfahren zum Steuern und
Stabilisieren eines durch einen Laseroszillator abgegebenen
Laserstrahls beschrieben.
Bei einer Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden eines
Werkstücks mit einem Laserstrahl muß der Schnittzustand des
Werkstücks fortlaufend überwacht werden, um die für das
Durchbohren am Startpunkt des Schneidvorgangs erforderliche
Zeit zu reduzieren, um ein Aufblasen während des Bohrvorgangs
zu verhindern und um einen Schnittfehler zu vermeiden,
beispielsweise ein Verwerfen, Verbrennen oder ein Verfestigen
der Schlacke. Hierfür ist eine Vorrichtung zum Erfassen und
Überwachen eines Strahls erforderlich, der auf der
Schnittoberfläche des Werkstücks während des Schneidvorgangs
erzeugt wird.
Die Fig. 26 zeigt eine Detektorvorrichtung für sichtbares
Licht für eine bekannte Laserbearbeitungsvorrichtung, die
beispielsweise in der japanischen offengelegten
Patentveröffentlichung Nr. Hei-4-91880 oder in der
japanischen offengelegten Patentveröffentlichung Nr. Hei-4-
105780 beschrieben ist. In der Figur kennzeichnet das
Bezugszeichen 1 einen Lichtsensor mit einer photoelektrischen
Vorrichtung oder einer Kameravorrichtung, das Bezugszeichen 2
kennzeichnet einen Schneidkopf, das Bezugszeichen 3
kennzeichnet eine Schneidlinse, das Bezugszeichen 4
kennzeichnet eine Düse, das Bezugszeichen 5 kennzeichnet
einen Spiegel zum Reflektieren eines Lichtstrahls und einer
Schnittfläche in Richtung des Sensors, das Bezugszeichen 6
kennzeichnet ein am Schneidkopf vorgesehenes Fenster, das
Bezugszeichen 7 kennzeichnet eine Erfassungsvorrichtung zum
Beurteilen des Abschlusses eines Durchbohrvorgangs, eines
Schnittfehlers oder dergleichen, und zwar auf Grundlage des
durch den Lichtsensor erfaßten Lichts, das Bezugszeichen 8
kennzeichnet einen Laserstrahl, das Bezugszeichen 9
kennzeichnet einen von einem Werkstück ausgehenden
Lichtstrahl, das Bezugszeichen 10 kennzeichnet eine NC-
Vorrichtung, das Bezugszeichen 11 kennzeichnet einen
Abblendspiegel, das Bezugszeichen 12 kennzeichnet einen
Laseroszillator und das Bezugszeichen W kennzeichnet ein
Werkstück.
Bei der oben beschriebenen bekannten
Laserverarbeitungsvorrichtung wird bei Bestrahlen des
Werkstücks W mit dem Laserstrahl 8 ein Teil des Lichtstrahls,
der auf der Schnittfläche aufgrund des Schmelzens oder
dergleichen eines Bestrahlungspunkts erzeugt wird, durch den
Spiegel 5 reflektiert und durch den Lichtsensor 1 empfangen.
Die Änderung der Intensität eines derartigen Lichtstrahls
wird durch den Lichtsensor 1 erfaßt, und ein Zeitpunkt, in
dem ein Durchbohrvorgang abgeschlossen ist oder ein
Schnittfehler auftritt, wird durch die Erfassungsvorrichtung
7 erfaßt, und diese Information wird an die NC-Vorrichtung
zum Steuern der Laserbearbeitungsvorrichtung übertragen.
Bei der bekannten Laserbearbeitungsvorrichtung können der an
dem Schneidkopf neben dem Werkstück W angebrachte Spiegel und
Sensor den Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung stören;
sie können zudem durch Dämpfe und/oder aufgrund des
Schneidens des Werkzeugs erzeugten Sputter verschmutzt
werden, oder sie können durch das gestreute Licht des
Laserstrahls beschädigt werden. Derartige Effekte erschweren
den stabilen Langzeitbetrieb der
Laserbearbeitungsvorrichtung. Weiterhin kann aufgrund der
Tatsache, daß der Spiegel in einer Position angeordnet sein
muß, in der er nicht dem Laserstrahl ausgesetzt ist,
typischerweise dem Oberteil, die Schnittfläche nicht aus
einer günstigen Perspektive betrachtet werden. Andere
Betrachtungspositionen können zu einer unzureichenden
Lichtmenge führen, was zu einer niedrigen
Erfassungsempfindlichkeit führt, sowie zu einem nur
schwierigen Erhalten des wirklichen Bilds und zu einer
unzureichenden Menge von Betriebsdaten. Weiterhin müssen in
dem Fall, in dem der Schneidkopf den Sensor enthält,
sämtliche während des Schnittbetriebs eingesetzte
Schneidköpfe mit einem Sensormechanismus ausgestattet sein,
was zu einem hohen Preis führt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung eines Verfahrens zur Laserbearbeitung eines
Werkstücks, das einen Betrieb über einen langen Zeitraum
hinweg gewährleistet, und bei dem ein exaktes Bild des
Schnittpunkts mit einer hohen Erfassungssensitivität bei
Einsatz nur eines Sensormechanismus erhalten wird, sowie
einer Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur
Laserbearbeitung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1
gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch eine
Laserbearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 8 gelöst.
Das Laserbearbeitungsverfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht, daß ein Teil des auf der Schnittoberfläche des
Werkstücks erzeugten Lichts in umgekehrter Richtung entlang
des Strahlführungspfads zurückgeführt und am Resonator des
Laseroszillators separat erfaßt wird.
Der Strahl mit der Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge
des am Schneidpunkt des Werkstücks erzeugten Laserstrahls
unterscheidet, und der in den Laseroszillator zurückgeführt
wird, wird an der Rückseite des Laseroszillators zum Erzielen
einer Laserresonanz oder irgendeines anderen
Resonatorspiegels an die Außenseite des Laserresonators
geführt, und der erhaltene Strahl wird durch den Lichtsensor
detektiert, wodurch der Lichtsensor und der Spiegel nicht
benachbart an dem Schneidkopf angeordnet sein müssen und
nicht mit dem Betrieb wechselwirken. Weiterhin wird
vermieden, daß der Sensor, der Spiegel oder die Linse, die
das Detektorsystem bilden, durch Sputter oder Rauch
verschmutzt werden oder durch den starken Laserstrahl zum
Schneiden erwärmt werden, was zu einer größeren Lebensdauer
führt. Da weiterhin der Schneidbereich von der Oberseite
betrachtet werden kann, steht eine ausreichende Lichtmenge
zur Verfügung, die Detektionsempfindlichkeit ist hoch und ein
großer Umfang an Information läßt sich gewinnen. Ferner ist
die Sensorvorrichtung nicht für sämtliche während des
Schneidvorgangs eingesetzten Schneidköpfe vorzusehen, wodurch
der Preis des Geräts reduziert wird.
Weiterhin ist der Strahlteiler zum Durchleiten des
Laserstrahls und zum Reflektieren des anderen Strahls
zwischen beliebigen Resonatorspiegeln für die Laserresonanz
angeordnet, und der Strahl mit einer sich von der Wellenlänge
des in den Laseroszillator zurückkehrenden Laserstrahls
unterscheidenden Wellenlänge wird an der Außenseite des
Laserresonators erhalten, und der Strahl wird durch den
Lichtsensor detektiert, wodurch die Sensorvorrichtung
innerhalb des Laseroszillators zum Reduzieren der gesamten
Größe des Geräts angeordnet sein kann.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt, daß die nachfolgend auch Brennposition genannte Brennpunktposition des optischen
Systems erfaßt wird.
Die Laserverabeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt zudem, daß entweder der Abschluß des
Durchbohrvorgangs oder ein Fehler während des
Durchbohrvorgangs erfaßt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt weiterhin, daß der Verarbeitungsstatus am
Verarbeitungspunkt des Werkstücks erfaßt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung erlaubt weiterhin, daß die Verarbeitungsbedingungen
geregelt werden, und zwar auf Grundlage der Brennposition,
des Abschlusses des Durchbohrvorgangs oder des Fehlers
während des Durchbohrvorgangs sowie des Verarbeitungsstatus
am Verarbeitungspunkt des Werkstücks.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht zudem, daß eine Regelung entlang des
Verarbeitungswegs auf Grundlage der erfaßten Information
durchgeführt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht zudem, daß eine Schneidkopf-Düsenöffnung
relativ zum Laserstrahl orientiert und eine Fehlorientierung
des optischen Kondensorsystems kompensiert wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht zudem, daß jegliche Neigung der
Resonatorspiegel und des Lichtführungswegspiegels geändert
wird, damit eine Kompensation für jede Versetzung der
Strahlachse ermöglicht wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung ermöglicht zudem, daß der Kondensor entlang der
Strahlachsenrichtung bewegt wird, um den Brennpunktabstand
des Kondesors variabel zu gestalten.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ermöglicht zudem, daß der Abstand von einer Schneidlinse über
Werkstückoberfläche erfaßt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ermöglicht zudem, daß der Abstand von einer Schneidlinse zur
Werkstückoberfläche erfaßt wird.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Erfindung
ermöglicht zudem, daß sämtliche aktiven
Betätigungsvorrichtungen zum Einstellen der Winkel der
Resonatorspiegel zum Kompensieren von Fehlern im Strahlmode
gesteuert werden.
Das Laserstrahlverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht die automatische Steuerung von zumindest einer der
folgenden Größen: Laseroszillator-Oszillationsbedingung,
Schnittgaszustand, Brennposition, Zuführungsrate und
Düsenstatus, und zwar anhand der Brennposition, des
Abschlusses des Durchbohrvorgangs, des Durchbohrfehlers oder
des Schnittzustands am Verarbeitungspunkt des Werkstücks.
Das Laserverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht die Durchführung einer automatischen Regelung
entlang des Schnittwegs auf Grundlage von Informationen, die
an dem Verarbeitungspunkt erfaßt werden.
Das Laserverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht zudem, daß die Fehlorientierung der Düsenöffnung
und des optischen Kondensorsystems relativ zum Laserstrahl
automatisch kompensiert wird.
Das Laserverarbeitungsverfahren gemäß der Erfindung
ermöglicht zudem, daß die Neigung der Resonanatorspiegel und
des Lichtführungswegspiegels geändert wird, und zwar zum
Erzielen einer automatischen Kompensierung der
Strahlachsenverschiebung.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter
Bezug auf die Zeichnung beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein charakteristisches Diagram der
Lichterfassungsempfindlichkeiten von Sensoren;
Fig. 3 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Laserbearbeitungsvorrichtung als Alternative
zu der in der Fig. 4 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 6 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 8 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 9 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 10 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 11 eine Beziehung zwischen einer Schneidlinsenposition
und einer Lichtsensor-Erfassungssignalausgabe bei
der in Fig. 10 gezeigten
Laserbearbeitungsvorrichtung;
Fig. 12 eine Ansicht zum Darstellen des Erfassungsstatus
des Schnittpunkts während des Durchbohrvorgangs der
in Fig. 10 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung;
Fig. 13 die Änderung der Lichtsensor-Erfassungssignal-
Ausgabe vor und nach dem Abschließen des
Durchbohrvorgangs;
Fig. 14 eine Signalform der Lichtsensor-Erfassungssignal-
Ausgabe in einem Zeitpunkt, in dem ein Aufblasen
während des Durchbohrens auftritt;
Fig. 15 eine Ansicht zum Darstellen des Erfassungsstatus
eines Schnittpunkts während des Schnittvorgangs;
Fig. 16 eine Signalform der Lichtsensor-Signalausgabe in
einem Zeitpunkt, in dem ein Schnittfehler während
des Schneidvorgangs auftritt;
Fig. 17 eine Verbesserung des Bearbeitungsflußdiagramms für
eine automatische Erfassung eines Schnittfehlers;
Fig. 18 eine Laserbearbeitungsvorrichtung einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 19 eine Ansicht zum Darstellen des Erfassungsstatus
einer Schnittoberfläche während eines Schnittweg-
Markierungslinien-Erfassungsbetriebs bei der in
Fig. 18 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung;
Fig. 20 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 21 eine schematische Ausführung zum Darstellen des
Erfassungsstatus einer Schnittoberfläche während
eines Fehlausrichtungs-Kompensierungsbetriebs bei
der in Fig. 20 gezeigten Ausführungsform der
Erfindung;
Fig. 22 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 23 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 24 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 25 eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 26 eine aus dem Stand der Technik bekannte
Laserbearbeitungsvorrichtung.
Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wobei
das Bezugszeichen 1 einen Lichtsensor kennzeichnet, das
Bezugszeichen 2 einen Schneidkopf mit einer Düse 4 und einer
Schneidlinse 3, das Bezugszeichen 8 einen Laserstrahl, das
Bezugszeichen 9 einen auf der Schnittoberfläche des
Werkstücks W erzeugten und hiervon abgestrahlten Lichtstrahl,
das Bezugszeichen W eine NC-Vorrichtung zum Steuern eines
Antriebstisches 23 für die Bewegung des Werkzeugs W, das mit
dem Laserstrahl 8 zu schneiden ist, das Bezugszeichen 11
einen Ablenkspiegel, der in einem Lichtführungsweg angeordnet
ist, das Bezugszeichen 12 einen Laseroszillator, in dem
Moleküle durch eine Entladung zwischen Elektroden 15 angeregt
werden, um den Laserstrahl abzugeben, das Bezugszeichen 13
einen teildurchlässigen Spiegel als einen Resonatorspiegel
des Laseroszillators zum Wegführen des Laserstrahls, und das
Bezugszeichen 14 einen Rückspiegel als einen anderen
Resonatorspiegel des Laserozillators. Der benützte Spiegel 14
ist durch Beschichten von ZnSe (Zinkselenid) odgl. mit einem
Mehrschichtfilm hergestellt, damit dieser ein
Reflexionsvermögen von ungefähr 100% für den Laserstrahl und
einigen 10% für das andere Licht (insbesondere einem
sichtbaren Licht) gewährleistet. Demnach tritt ein Teil des
an der Schnittoberfläche und entlang des Schichtführungspfads
zurückgeführte Licht erneut in den Laseroszillator ein und
läßt sich von der Außenseite des Resonators zuführen. Das
Bezugszeichen 16 kennzeichnet ein Wellenlängenauswahlfilter,
beispielsweise ein gefärbtes Glas, das in dem Lichtsensor 1
vorgesehen sein kann, damit ein Laserstrahlanteil aus dem
durch den Rückspiegel 14 hindurchtretenden Licht vollständig
entfernt wird, damit der Lichtsensor 1 nicht beschädigt wird
und damit Licht in den Wellenlängenbereich mit hoher
Erfassungsempfindlichkeit selektiv hindurchtritt. Das
Bezugszeichen 9' kennzeichnet ein Licht, das völlig von dem
Laserstrahlanteil befreit ist, nachdem ein an der
Schnittoberfläche des Werkstücks W erzeugtes Licht erzeugt
und hiervon über das Wellenauswahlfilter 16 zurückgeführt
wird. Der eingesetzte Lichtsensor ist von der Art, daß er
eine hohe Auflösungsempfindlichkeit relativ zu dem
Wellenlängenbereich des Lichts 9' aufweist, das von dem
Wellenlängenauswahlfilter 16 ausgegeben wird, und er kann als
eine Lichtempfangsvorrichtung ausgebildet sein,
beispielsweise einer Si-Photodiode oder einer
Kameravorrichtung, wie einer CCD-Vorrichtung, in der
Lichtempfangselemente in Feldform integriert sind. Die
einzige Lichtempfangsvorrichtung kann eine Veränderung der
Intensität bei der Emission an dem Schnittpunkt erfassen und
die Kameravorrichtung kann mit Veränderung der
Intensitätsverteilung oder Farbe (Wellenlänge) der Emission
des wirklichen Bilds an dem Schnittpunkt zusätzlich zu einer
Veränderung der Intensität der Emission bei dem Schnittpunkt
erfassen.
Bei dem obigen Aufbau müssen der Lichtsensor 1 und der
Spiegel zum Zuführen des Lichts zu dem Lichtsensor 1 nicht
benachbart an dem Werkstück in dem Schneidkopf angeordnet
sein, wodurch die bekannten Nachteile der Beschädigung
aufgrund des gestreuten Lichts des Laserstrahls und der
geringen Empfindlichkeit aufgrund einer unzureichenden
Lichtmenge gelöst werden, das gesamte Gerät kompakt
ausgebildet ist und die Detektorvorrichtung eine erhöhte
Zuverlässigkeit aufweist.
Die Fig. 2 zeigt ein Beispiel der
Lichterfassungsempfindlichkeiten des Lichtsensors 1 und der
Übertragungseigenschaft des Wellenlängenauswahlfilters 16.
Das Licht läßt sich ohne eine Wechselwirkung zwischen den
Empfindlichkeiten der Sensoren erfassen, wenn die Mittel der
Empfindlichkeit des Lichtsensors 1 in dem Bereich sichtbaren
Lichts liegt und das Wellenlängenauswahlfilter 16 derart
ausgebildet ist, daß er sichtbares Licht überträgt. Der
Lichtsensor 1 kann als einzelne Lichtempfangsvorrichtung
ausgebildet sein, beispielsweise als Si-Photodiode oder als
Kameravorrichtung, wie einer CCD-Vorrichtung, in der
Lichtempfangsvorrichtungen in Feldform integriert sind. Die
einzige Lichtempfangsvorrichtung kann eine Veränderung der
Intensität bei der Emission an dem Schnittpunkt erfassen, und
die Kameravorrichtung kann eine Veränderung der Intensität
der Verteilung der Farbe (Wellenlänge) der Emission anhand
des wirklichen Bilds und Schnittpunkts erfassen, zusätzlich
zu der Veränderung der Intensität der Emission an dem
Schnittpunkt. Der obige Aufbau ermöglicht die Detektion des
Laserstrahls zum Überwachen des Laserausgangs und zum
gleichzeitigen Detektieren des anderen an dem Schnittpunkt
und zu dem Laseroszillator zurückgeführten Strahls.
Die Fig. 3 zeigt ein Aufbaudiagramm einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 32
kennzeichnet einen Strahlteiler, der beipielsweise durch
Beschichten von ZnSe (Zinkselenid oder dergleichen) mit einem
Mehrschichtfilm hergestellt wird, damit der teilweise von dem
Rückspiegel 14 rückgeführte Laserstrahl 8 des
Laseroszillators und das an dem Schnittpunkt erzeugte und in
den Laseroszillator rückgeführte Licht 9 getrennt werden. Das
Bezugszeichen 19 kennzeichnet einen Laserlichtsensor zum
Detektieren des Laserstrahls 8, und das Bezugszeichen 1
kennzeichnet einen Lichtsensor zum Detektieren des Lichts 9',
das durch das Wellenlängenauswahlfilter 16 vollständig von
einem Laserstrahlanteil des Lichts 9 befreit ist. Der obige
Aufbau ermöglicht die Detektion des Laserstrahls zum
Überwachen des Laserausgangs und zum gleichzeitigen
Überwachen des an dem Schnittpunkt erzeugten Lichts durch den
Lichtsensor. Der Lichtsensor 1 kann als einzige
Lichtempfangsvorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise als
Si-Photodiode oder als Kameravorrichtung wie eine CCD-
Vorrichtung, in der Lichtempfangselemente in Feldform
integriert sind. Die einzige Lichtempfangsvorrichtung kann
eine Veränderung der Intensität der Emission an dem
Schnittpunkt erfassen und die Kameravorrichtung kann eine
Veränderung der Intensitätsverteilung oder Farbe
(Wellenlänge) bei der Emission erfassen, und zwar anhand des
realen Bilds des Schnittpunkts, zusätzlich zu der Veränderung
der Intensität der Emission an dem Schnittpunkt.
Der Strahlteiler zum Reflektieren des Laserstrahls und zum
Weiterleiten des anderen Lichts 9, der bei der vorliegenden
Ausführungsform eingesetzt wird, läßt sich durch einen aus
einem Material GaAs (Galliumarsenid) hergestellten
Strahlteiler ersetzen, damit der Laserstrahl 8 weitergeleitet
und das andere Licht 9 reflektiert wird, wenn die Positionen
des Laserlichtsensors 19 und des Lichtsensors 1 umgekehrt
sind, und zwar bei Erzielung derselben Wirkung.
Die Fig. 4 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 33
kennzeichnet eine Integrier- bzw. Speicherkugel, die derart
angeordnet ist, daß der Detektionsabschnitt zur Innenfläche
der Integrierkugel 33 ausgerichtet ist. Dieser Aufbau
ermöglicht die Detektion des Laserstrahls zum Überwachen des
Laserausgangs durch den Laserlichtsensor 19 und die
gleichzeitige Detektion des von dem Schnittpunkt ausgehenden
Lichts mit Hilfe des Lichtsensors 1. Ferner ersetzt bei
diesem Aufbau die Integrierkugel den Strahlteiler, und jeder
der an die Integrierkugel angepaßte Sensor bildet ein
kostengünstiges, kompaktes Gerät.
Fig. 5 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und der Lichtsensor 1 ist mit
dem Laserlichtsensor 19 und dem Wellenlängenauswahlfilter 16
zusammengefaßt. Mit diesem Entwurf wird die gleiche Wirkung
wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 erzielt.
Die Fig. 6 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 34
kennzeichnet einen Spiegel (Strahlteiler), der aus einem
Material wie GaAs (Galliumarsenid) hergestellt ist, damit der
Laserstrahl 8 durchgeleitet und das andere Licht 9
reflektiert wird, um den Laserstrahl 8 und das andere Licht 9
zu trennen, und er ist in der Integrierkugel 33 angeordnet.
Der Laserstrahlanteil tritt durch den Spiegel 34, wird in der
Integrierkugel 33 verarbeitet und durch den Laserlichtsensor
19 detektiert. Das sich von dem Laserstrahl unterscheidende
und an dem Schnittpunkt erzeugte Licht 9, das in den
Laseroszillator zurückkehrt und aus dem Rückspiegel 14
austritt, wird durch eine Spiegel 34 reflektiert, tritt durch
das Wellenlängenauswahlfilter 16 und einen Kondensor 35 und
wird zu dem Lichtsensor 1 geführt und durch diesen erfaßt.
Dieser Lichtsensor 1 kann als eine Lichtempfangsvorrichtung
ausgebildet sein, beispielsweise als Si-Photodiode oder als
Kameravorrichtung wie eine CCD-Vorrichtung, in der
Lichtempfangsvorrichtungen in Feldform integriert sind. Die
einzige Lichtempfangsvorrichtung kann eine Veränderung der
Intensität der Emission an dem Schnittpunkt erfassen, und die
Kameravorrichtung kann eine Veränderung der
Intensitätsverteilung oder Farbe (Wellenlänge der Emission)
erfassen, anhand des realen Bilds des Schnittpunkts,
zusätzlich zu einer Veränderung der Intensität der Emission
an einem Schnittpunkt. Dieser Aufbau ermöglicht die Detektion
des Laserstrahls zum Überwachen des Laserausgangs durch den
Laserlichtsensor und die gleichzeitige Detektion des von dem
Schnittpunkt ausgehenden Lichts durch den Lichtsensor.
Die Fig. 7 zeigt ein Aufbaudiagramm einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 36
kennzeichnet einen Filter, der aus einem Material wie ZnSe
(Zinkselenid) hergestellt ist, damit ungefähr 100% des
Laserstrahls reflektiert und der andere Strahl durchgeleitet
wird, um den Laserstrahl 8 und das andere Licht 9 zu trennen,
und von dem die der Innenseite der Integrierkugel 33
gegenüberliegende Fläche gemäß der Innenfläche der
Integrierkugel 33 gekrümmt ist. Der aus dem Rückspiegel 14
austretende Laserstrahl 8 und das andere Licht 9 werden beide
in die Integrierkugel 33 geführt. Der Laserstrahl wird in der
Integrierkugel 33 reflektiert und verteilt, und das andere
Licht 9 tritt durch die Integrierkugel 33 und zu dem
Lichtsensor 1 über den Wellenlängenauswahlfilter 16 und den
Kondensor 35 geführt. Dieser Lichtsensor 1 kann als einzige
Lichtempfangsvorrichtung ausgebildet sein, beispielsweise als
Si-Photodiode oder als Kameravorrichtung wie eine CCD-
Vorrichtung, in der Lichtempfangselemente in Feldform
integriert sind. Die einzige Lichtempfangsvorrichtung kann
eine Veränderung der Intensität der Emission an dem
Schnittpunkt erfassen, und die Kameravorrichtung kann eine
Veränderung der Intensitätsverteilung oder Farbe
(Wellenlänge) der Emission erfassen, und zwar anhand des
realen Bilds des Schnittpunkts, zusätzlich zu einer
Veränderung der Intensität der Emission an dem Schnittpunkt.
Weiterhin ermöglicht der in der Integrierkugel 33 angeordnete
Laserlichtsensor 19 die Detektion des Laserstrahls zum
Überwachen des Laserausgangs und zur selben Zeit die
Detektion des von dem Schnittpunkt ausgehenden Lichts mit
Hilfe des Lichtsensors 1.
Die Fig. 8 zeigt eine Anordnung zum Darstellen einer anderen
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 37
kennzeichnet eine doppelkonvexe oder eine flachkonvexe Linse
aus einem Material wie ZnSe (Zinkselenid) zum Reflektieren
des Laserstrahls 8 und zum Durchleiten des anderen Lichts,
d. h. der bei der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform
erläuterte Filter 36 ist in eine Linsenform umgearbeitet,
damit eine Bildformungsfunktionalität gewährleistet ist. Da
die zur Innenseite der Integrierkugel 33 gerichtete Fläche
eine konvexe Kugeloberfläche ist, wird der Laserstrahlanteil
des an dem Schneidpunkt erzeugten Lichts, das zu dem
Laseroszillator zurückgeführt wird und aus dem Rückspiegel 14
austritt, reflektiert und diffundiert, und der andere Strahl
wird gebündelt, tritt durch das Wellenlängenauswahlfilter 16
und wird zu dem Lichtsensor 1 geführt. Dieser Aufbau
ermöglicht die Generierung des realen Bilds des Schneidpunkts
ohne den Einsatz des in Fig. 7 gezeigten Kondensors 35, und
der angeordnete Laserlichtsensor 19 ermöglicht die Detektion
des Laserausgangs mit derselben Wirkung wie bei der in Fig.
7 gezeigten Ausführungsform. Der Lichtsensor 1 kann als
einzige Lichtempfangsvorrichtung ausgebildet sein,
beispielsweise als Si-Photodiode oder Kameravorrichtung wie
eine CCD-Vorrichtung, in der Lichtempfangsvorrichtungen in
Feldform integriert sind. Die einzige
Lichtempfangsvorrichtung kann eine Veränderung der Intensität
der Emission an dem Schnittpunkt detektieren und die
Kameravorrichtung kann eine Veränderung der
Intensitätsverteilung oder der Farbe (Wellenlänge) der
Emission detektieren, anhand des realen Bilds des
Schnittpunkts, zusätzlich zu einer Veränderung der Intensität
der Emission an dem Schnittpunkt.
Die Fig. 9 zeigt eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der die in
Fig. 8 gezeigte Linse 37 an einer Sonderposition in der
Integrierkugel 33 angeordnet ist. Die wie gezeigt angeordnete
Linse 37 ermöglicht, daß sich derjenige Teil des an dem
Schnittpunkt erzeugten Lichts, der sich von dem Laserstrahl
unterscheidet und hieraus zu bestimmen ist, und der zu dem
Laseroszillator zurückgeführt wird und aus dem Rückspiegel 14
austritt, in der Integrierkugel 33 verteilt und gemittelt
wird, wodurch sich mehr Licht zu dem Lichtsensor 1 führen
läßt. Weiterhin ermöglicht der vorgesehene Laserlichtsensor
19 die Laserstrahldetektion für die Überwachung des
Laserausgangs und gleichzeitig die Detektion des von dem
Schnittpunkt ausgehenden Strahls durch den Lichtsensor 1.
Die Fig. 10 zeigt ein Aufbaudiagramm einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung. Hierbei kennzeichnet 22 ein
Antriebsgetriebe mit einem Positionskodierer zum Bewegen
eines optischen Kondensorsystems, beispielsweise der
Schneidlinse 3, in Strahlachsenrichtung (vertikaler
Richtung), die nicht nur die Schneidlinse antreiben kann,
sondern den gesamten Schneidkopf mit der Schneidlinse. Das
Bezugszeichen 26 kennzeichnet eine angetriebene Düse, bei der
eine Distanz zwischen dem Werkstück und der Düse sowie eine
Düsenform veränderbar ist. Das Bezugszeichen 23 kennzeichnet
einen Antriebstisch zum Bewegen des Werkstücks W, das
Bezugszeichen 24 kennzeichnet eine Schneidgasregelvorrichtung
zum Angleichen des Zustands eines Schneidgases,
beispielsweise dem Druck der Strömungsrate der Art, der
Anteile, usw. des Schneidgases, das Bezugszeichen 10
kennzeichnet eine NC-Vorrichtung mit einer Servoschaltung zum
Steuern des Antriebsgetriebes 22, des Antriebstisches 23 und
der angetriebenen Düse 26 mit einer Funktion zum Erzeugen
eines Befehlssignals für die Schneidgas-Stelleinrichtung 24
und den Laseroszillator 12, und das Bezugszeichen 27
kennzeichnet eine Laseroszillator-Steuerschaltung zum
Umsetzen eines Ausgangs des Laseroszillators anhand des
Detektorsignals des Laserlichtsensors 19 für die Durchführung
einer Regelung zum Abgleich des Laserausgangs mit einem
Laserausgangs-Befehlswert der NC-Vorrichtung 10. Das
Bezugszeichen 25 kennzeichnet eine Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung zum Bestimmen der
Änderung der Schneidpunkt-Emissionsintensität anhand eines
Signals, das durch die Vorgänge am Schneidpunkt erzeugt und
durch den Lichtsensor 1 erfaßt wird, in Übereinstimmung mit
einem der bereits im Zusammenhang mit den vorhergehenden
Ausführungsformen beschriebenen Verfahren. Hierbei läßt sich
die Veränderung über den Lichtzuführpfad und dem
Laseroszillator 12 in dem Fall bestimmen, daß der Lichtsensor
1 auf einer einzigen Vorrichtung besteht. Alternativ läßt
sich eine Veränderung der Emissionsintensitätsverteilung oder
Farbe (Wellenlänge) am Schneidpunkt durch Bildverarbeitung in
dem Fall bestimmen, daß der Lichtsensor 1 als
Kameravorrichtung ausgebildet ist. Die Verarbeitungsschaltung
25 kann auch zum Durchführen einer Spitzenwertdetektion,
eines Vergleichbetriebs, usw. eingesetzt werden, um ein
Signal für die NC-Vorrichtung 10 zu erzeugen. Das
Bezugszeichen 28 kennzeichnet eine Fernanzeigevorrichtung zum
Warnen eines Betreibers, der sich entfernt von der
Laserbearbeitungsvorrichtung aufhält, dahingehend, daß ein
Gerätefehler oder dergleichen vorliegt.
Nun wird der Betrieb beschrieben. Während das Werkstück W
entlang einer horizontalen Richtung durch den Antriebstisch
23 bewegt wird, erfolgt eine Bestrahlung des Werkstücks W mit
einem schwachen Laserstrahl von ungefähr 100 Watt unter
Einsatz eines inaktiven Schneidgases wie Stickstoff. Wird die
Schneidlinse auf- und abwärts bewegt, so tritt eine Emission
an dem Bestrahlungspunkt auf. Wenn der Brennpunkt der
Schneidlinse mit der Werkstückoberfläche übereinstimmt, so
liegt eine blaufarbige Emission (blaue Flamme) mit besonders
hoher Helligkeit vor. Die Fig. 11 zeigt ein Beispiel eines
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignals, das
gebildet wird, wenn die an dem Bestrahlungspunkt auftretende
und durch den Lichtsensor 1 erfaßte Emission durch die
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25
bearbeitet wird. Die Intensität der Emission an dem
Bestrahlungspunkt verändert sich relativ zu der Bewegung der
Schneidlinse entlang der Strahlachsenrichtung (vertikale
Richtung). Besteht der Lichtsensor 1 aus einer einzigen
Vorrichtung, so wird die Veränderung der Emissionsintensität
des gesamten Bestrahlungspunkts erfaßt, wodurch das
Ausgangssignal A gebildet wird. Besteht der Lichtsensor 1 aus
einer Kameravorrichtung, so wird die
Emissionsintensitätsverteilung erfaßt, wodurch das
Ausgangssignal B im Zusammenhang mit einem Punkt einer hohen
Helligkeit bei der Intensitätsverteilung gebildet wird, und
ein Ausgangssignal C wird im Zusammenhang mit der
Helligkeitsveränderung der Strahlenwellenlänge (der Farbe) im
Zeitpunkt des Vorliegens der blauen Flamme erzeugt. Bei jedem
der drei Ausführungssignale A, B und C entspricht die
Position, in der das Ausgangssignal während der
Vertikalbewegung der Schneidlinse maximal ist, einem Zustand,
in dem der Brennpunkt der Schneidlinse mit der
Werkstückoberfläche übereinstimmt. Demnach wird bei jedem der
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignale A, B
und C ein Brennpunkt-Detektorsignal von der Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 an die NC-
Vorrichtung 10 gesandt, wenn das Ausgangssignal maximal wird,
und anschließend wird der Wert des Positionskodierers in dem
Antriebsgetriebe 23 gespeichert, wodurch die Position der
Schneidlinse, bei der die Werkstückoberfläche mit dem
Brennpunkt der Schneidlinse abgestimmt ist, zum automatischen
Durchführen des Fokussierschritts identifiziert wird. Ist das
optische Kondensorsystem vom Reflexionstyp, d. h. ein
Parabolspiegel, so wird die identische Vorgehensweise
durchgeführt.
Die Fig. 12 und 12b zeigen schematische Ansichten zum
Darstellen eines Beispiels des Zustands eines Schneidpunkts,
der in einem Laserschneid-Startpunkt durchbohrt ist, wobei
der Zustand durch den Lichtsensor 1 der Kameravorrichtung
erfaßt wird und anschließend eine Bildverarbeitung durch die
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 erfolgt.
Bei dem durch eine Düsenöffnung 29 beobachteten Schneidpunkt
emittiert der gesamte Schneidpunkt Licht vor dem Abschluß des
Durchbohrvorgangs - wie in (a) gezeigt -, jedoch emittiert
lediglich der äußere Rand des durchbohrten Lochs Licht,
nachdem der Durchbohrvorgang abgeschlossen ist - wie in (d)
gezeigt. Die Fig. 13 zeigt ein Beispiel des Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignal, das gebildet
wird, wenn das bei dem Schneidpunkt erzeugte Licht während
des Schneidvorgangs durch den Lichtsensor 1 erfaßt und durch
die Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25
verarbeitet wird. Besteht der Lichtsensor 1 aus einer
einzigen Vorrichtung oder einer Kameravorrichtung, so
verläuft das Ausgangssignal in ähnlicher Weise. Da sich nach
dem Abschluß des Schneidvorgangs die Lichtintensität
reduziert, nimmt der Ausgangspegel ab. Der Abschluß des
Durchbohrvorgangs kann dadurch bestimmt werden, daß das
Absinken des Ausgangspegels unter einem festgelegten
spezifischen Pegel A festgestellt wird, der empirisch zum
Anzeigen des Abschlusses des Bohrvorgangs festgelegt ist.
Demnach wird bei Vergleich des Lichtsensor-Detektorsignal-
Verarbeitungsausgangssignal gemäß der Intensität des Lichts
am Schneidpunkt mit dem festgelegten Pegel A durch eine
Vergleichsschaltung in der Lichtsensor-Detektorsignal-
Verarbeitungsschaltung 25 ein Durchbohrvorgangsabschlußsignal
von der Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25
an die NC-Vorrichtung 10 gesandt, wenn das Ausgangssignal
unter dem festgelegten Pegel A abgefallen ist. Ferner kann,
wenn die NC-Vorrichtung 10 den nächsten Betriebsschritt bei
Empfang dieses Signals startet, das Werkstück schneiden, ohne
daß eine Veränderung der Schneidzeit aufgrund der
Anfangstemperatur, usw. des Werkstücks fest eingestellt ist,
und die Schneidzeit läßt sich verringern. Da weiterhin die
Temperatur am Rand des Bestrahlungspunkt unmittelbar vor dem
Aufblasen während des Durchbohrvorgangs auftritt, verbreitert
sich der Emissionsbereich aufgrund der Wärmestrahlung, und
die Intensität des von dem Schneidpunkt emittierten und durch
den Lichtsensor 1 detektierten Lichts nimmt zu.
Die Fig. 14 zeigt ein Beispiel des oben beschriebenen
Zustands. Da das Lichtsensor-Detektorsignal-
Verarbeitungsausgangssignal in Ansprechen auf die Zunahme der
Lichtintensität ansteigt, ist ein festgelegter Pegel B als
Schwellwert für das Auftreten des Aufblasens vorab bestimmt.
Wird das Lichtsensor-Detektorsignal-
Verarbeitungsausgangssignal mit dem festgelegten Pegel B
verglichen, so wird ein Aufblas-Vermeidungssignal von der
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 an die
NC-Vorrichtung 10 gesendet, wenn das Ausgangssignal den
festen Pegel B übersteigt, und die NC-Vorrichtung 10 beginnt
die Steuerung der Oszillationsbewegung des Laseroszillators,
beispielsweise des Ausgangs, der Frequenz und des
Tastverhältnis oder des Schneidgasdrucks des
Laseroszillators, beispielsweise des Ausgangs, der Frequenz
und des Taktverhältnis oder des Schneidgasdrucks unmittelbar
nach Empfang des Signals, so daß sich der Schneidfehler
aufgrund des Aufblasvorgangs vermeiden läßt. Weiterhin kann,
wenn ein festgelegter Pegel C mit dem Pegel des Lichtsensor-
Detektorsignals-Verarbeitungsausgangssignals beim Auftreten
des Aufblasens festgelegt ist, ein Aufblasvorgang erfasst
werden, der auftritt, da sich ein Schneidfehler durch das
oben beschriebene Verfahren nicht vermeiden lässt. Die
zugeordnete Information wird an die NC-Vorrichtung 10
gesandt, der Betrieb läßt sich unterbrechen, und der
Betreiber kann den Fehler über die Fernanzeigevorrichtung
hingewiesen werden.
Wie oben beschrieben, kann dann, wenn der Schnittpunkt sich
wie oben beobachten läßt, die Intensität der Emission am
Schnittpunkt klar erfaßt werden, und ein S/N-Verhältnis
verbessert sich, wodurch das Auftreten einer blauen Flamme,
das Abschließen eines Durchbohrvorgangs und ein Anzeichen
gemäß dem Auftreten eines Aufblasvorgangs genau erfaßt werden
können und sich die Signalverarbeitung für die Detektion des
Brennpunkts, für die Detektion des Abschlusses des
Durchbohrvorgangs und zum Vermeiden des Aufblasvorgangs
einfach im Vergleich zu dem bekannten Gerät durchführen
lassen.
Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht zum Darstellen eines
Beispiels des Zustands bei einem Schnittpunkt während des
Laserschneidens, der durch den Lichtsensor 1 der
Kameravorrichtung erfaßt wird und dessen zugeordnetes
Detektionsausgangssignal durch die Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 bildverarbeitet
wird. Zusätzlich zu der Emission an dem
Laserbestrahlungspunkt wird eine durch das Schneiden erzeugte
Nut an der entgegengesetzten Seite der Laserstrahl-
Vorschubrichtung beobachtet, sowie eine Emission aufgrund der
Wärmestrahlung des geschmolzenen Metalls, das in die Nut
fließt. Verändert sich der Schneidzustand während dem
Schneiden, so verändert sich der Emissionszustand des
Schneidpunkts.
Die Fig. 16 zeigt ein Beispiel eines während eines
Schneidfehlers wie einer Verwerfung, einer
Schneidflächenbeschädigung, eines Brennvorgangs oder des
Auftretens von Schlacke, gebildeten Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignal. Das
Ausgangssignal ist gleich, unabhängig davon, ob der
Lichtsensor 1 eine einzige Vorrichtung oder eine
Kameravorrichtung ist. Tritt ein derartiger Schneidfehler
auf, so variiert die Emissionsintensität des Schneidpunkts
unregelmäßig im Vergleich zu dem normalen Zustand, und das
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignal
variiert in ähnlicher Weise. Demnach läßt sich das Auftreten
eines Schneidfehlers identifizieren, wenn das Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsausgangssignal mit den
festgelegten Pegeln D und E verglichen wird und jede
Veränderung aus dem durch die festgelegten Pegel D und E
festgelegten Bereich erfaßt wird. Wird die Information an die
NC-Vorrichtung 10 gesendet, so kann der Betreiber bei
Auftreten des Schneidfehlers über die Fernanzeigevorrichtung
28 gewarnt werden. Weiterhin ermöglicht im allgemeinen beim
Auftreten des Schneidfehlers das geeignete Anzeichen der
Oszillationsbedingung - beispielsweise des Strahlmode, des
Ausgangs, der Frequenz und des Tastverhältnisses, des Drucks
der Strömungsrate und der Art des Schneidgases, des
Brennpunkts, der Zuführrate, der Düsenhöhe und der Düsenform,
usw. - die Wiederaufnahme des Schneidvorgangs in einem
geeigneten Zustand und eine Behebung des Schneidfehlers.
Deshalb läßt sich der Schneidfehler automatisch beheben, wenn
Angleichkriterien der Oszillationsbedingung - beispielsweise
der Strahlmodus, der Ausgang, die Frequenz und das
Tastverhältnis, der Druck, die Strömungsrate, die Art des
Schneidgases, der Brennpunkt, die Zuführrate, die Düsenhöhe
und die Düsenform usw. - vorab in der NC-Vorrichtung 10
gespeichert werden, in Übereinstimmung mit dem
Auftrittsstatus eines derartigen Schneidfehlers, und wenn die
Angleichskriterien durch Befehle der NC-Vorrichtung 10
angeglichen werden, gleichzeitig mit der Direktion des
Schneidpunktzustands durch den Lichtsensor 1.
Die Fig. 17 zeigt ein Flußdiagramm für die Verarbeitung zum
automatischen Verbessern eines Schneidfehlers. Ist der
Lichtsensor 1 eine Kameravorrichtung und wird deren
Ausgangssignal durch die Lichtsensor-Ausgangssignal-
Verarbeitungsschaltung 25 bildverarbeitet, so läßt sich eine
Veränderung der Emissionsintensitätsverteilung an dem
Schneidpunkt erfassen. Demnach läßt sich die Schneidbedingung
detaillierter als bei der Detektion der Veränderung der
Lichtintensität überwachen. Weiterhin läßt sich aufgrund der
Tatsache, daß eine Temperaturverteilung usw. an dem
Schnittpunkt identifizierbar ist, eine Verarbeitung, die sich
vom Schneiden unterscheidet, beispielsweise ein Härtevorgang
und ein Schweißvorgang, automatisch in ähnlicher Weise
durchführen.
Wenn der an dem Schneidpunkt und zu dem Laseroszillator
zurückgeführte Strahl durch den Lichtsensor erfaßt wird
(Schritt S101), so wird das sich ergebende
Detektionserfassungssignal verarbeitet (Schritt S102). Fällt
Licht innerhalb festgelegter Ober- und Unterschranken
(jeweils D und E), so wird ein normaler Schneidvorgang
durchgeführt; werden jedoch diese Pegel überschritten, so
wird das Auftreten eines Schneidfehlers bestimmt (Schritt
S103). Anhand des obigen Beispiels läßt sich erkennen, daß
dann, wenn die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß dem
Ergebnis einer derartigen Verarbeitung - wie oben beschrieben
- gesteuert wird, eine Verbesserung der Fokussierung, der
Detektion des Abschlusses des Durchbohrvorgangs, der
Detektion des Aufblasvorgangs, der Detektion des
Schneidfehlers und eine Verbesserung bei der Behebung von
Schneidfehlern möglich ist, und ferner läßt sich das
Schneiden automatisieren und ein unbeaufsichtigter Betrieb
wird möglich (Schritt S104).
Die Fig. 18 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 40
kennzeichnet eine Beleuchtungseinheit, deren Licht durch eine
Linse 41 parallelisiert wird, in eine Laseroszillator 12
durch eine Strahlteiler 42 eingeführt wird, durch den
Laseroszillator 12, den Lichtzuführpfad, die Schneidlinse 3
und die Düsenöffnung 29 hindurchtritt und die
Schneidoberfläche des Werkstücks B bestrahlt. Die durch das
Licht der Belichtungseinheit 4 bestrahlte Schneidoberfläche
wird durch die Düsenöffnung 29 mit Hilfe des Lichtsensors
unter Einsatz der Kameravorrichtung mit jedem der im
Zusammenhang der obigen Ausführungsformen beschriebenen
Verfahren (mit Ausnahme der in Zusammenhang mit der Fig. 3
und 4 beschriebenen) detektiert, und das Ausgangssignal wird
durch die Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung
25 zum Erfassen einer Schneidpfad-Markierungslinie 43
verarbeitet, die einem vorgesehenen Schneidweg an der
Oberfläche des Werkstücks W entspricht. Die Fig. 19 zeigt
ein Beispiel für den obigen Schneidvorgang. Hier wird eine
Düsenmitte 44 relativ zu der Düsenöffnung 29 anhand des Bild
bestimmt, und ein Antriebsbefehl wird von der NC-Vorrichtung
10 zu dem Antriebstisch 23 derart gesendet, daß die Düse 44
mit der Schneidpfad-Markierungslinie 43 ausgerichtet ist,
damit ein Kopier- und Positionierbetrieb entlang der
Schneidpfad-Markierungslinie 43 ermöglicht wird, so daß eine
Form ohne ein Formprogramm mit einem festgelegten
Schneidpfad, der bei der NC-Vorrichtung eingegeben wird,
geschnitten werden kann.
Die Selektion der Schneidpfad-Markierungslinie 43 auf der
Oberfläche des Werkstücks W und der Kopierbetrieb können
durchgeführt werden, während gleichzeitig das Werkstück W mit
dem Laserstrahl bestrahlt und geschnitten wird, oder es kann
zunächst ein Lernvorgang durch lediglich den Kopierbetrieb
erfolgen, und das Werkstück kann anschließend auf Grundlage
der generierten Lerndaten geschnitten werden.
Ist ferner der eingesetzte Antriebstisch 23 ein in drei
Dimensionen beweglicher Schneidtisch mit einer Drehwelle
zusätzlich zu einer möglichen Horizontalbewegung, so läßt
sich der Kopierbetrieb für die vorab auf einem
dreidimensionalen festen Körper vorgesehene Schneidpfad-
Markierungslinie 43 durchführen, und zuvor manuell
durchgeführte Lernarbeit läßt sich automatisieren, wodurch
sich die Bearbeitungszeit erheblich reduziert. Es ist zu
erkennen, daß sich der Ablenkspiegel in dem Lichtzuführpfad
als Strahlteiler zum Reflektieren des Laserstrahls und zum
Weiterleiten des anderen Strahls eingesetzt werden kann und
die in dieser Position angeordnete Beleuchtungseinheit 40 zum
Bestrahlen des Werkstücks W einsetzbar ist, wodurch der
identische Effekt erzielt wird. Weiterhin kann bei der in
Fig. 10 gezeigten Ausführungsform die Beleuchtungseinheit
ergänzt werden, um den Schneidpunkt während des
Schneidvorgangs zum Detektieren zu beleuchten.
Die Fig. 20 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die
Schneidfläche des durch eine Beleuchtungseinheit für das
Werkstück W ähnlich wie bei der in Fig. 18 gezeigten
Ausführungsform bestrahlt wird, und eine Detektion durch den
Lichtsensor 1 der Kameravorrichtung mit einem der in
Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 8 erläuterten Verfahren
erfolgt, und das Ausgangssignal wird durch die Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 zum Identifizieren
der Beziehung zwischen der Düsenöffnung 29 und der Position
eines mit dem Laserstrahl bestrahlten Schneidpunkt 45
bildverarbeitet. Die Fig. 21 zeigt ein Beispiel hierfür. Die
Düsenmitte 44 wird bezogen auf die Düsenöffnung 29 anhand des
Bildes bestimmt, der Ersatzwert des Schneidpunkts 45 relativ
zu der Düsenmitte 45 wird detektiert, ein Kompensationswert
für die Korrektur dieses Ersatzwerts wird an eine
Fehlausrichtungs-Kompensiervorrichtung 46 eingegeben, und die
Düse 4 oder die Schneidlinie 3 wird zum Abgleichen der Düse
44 mit dem Schneidpunkt 45 bewegt, wodurch sich eine
Kompensation der Fehlausrichtung der Düse und der
Schneidlinse relativ zu dem Laserstrahl, die bisher manuell
durchgeführt wurde, automatisch in kurzer Zeit durchführen
läßt. Da weiterhin die gesamte Düsenöffnung beobachtet wird,
läßt sich die Deformation und das Verstopfen der Düsenöffnung
bestimmen.
Die Fig. 22 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 47
kennzeichnet einen Laseroszillator zum Erzeugen eines
sichtbaren Laserstrahls, beispielsweise einem HeNe-
(Heliumneon)-Laser. Der oszillierende HeNe-Laserstrahl wird
durch den Strahlteiler 42 reflektiert, er tritt in den
Laseroszillator 12 koaxial mit dem Laserausgangsstrahl 1 und
wird ferner entlang dem Strahlzuführpfad dem Werkstück B
zugeführt. Der zugeführte HeNe-Laserstrahl wird an der
Oberfläche des Werkstücks W reflektiert, durchläuft erneut
den Lichtzuführpfad, kehrt zu dem Laseroszillator 12 zurück,
tritt ferner durch den Rückspiegel 14 des Laseroszillators
und den Strahlteiler 42, und er wird dem Lichtsensor 1
zugeführt. Dieses rückgeführte Licht wird durch den
Lichtsensor 1 der Kameravorrichtung anhand jedes der in
Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 8 erläuterten Verfahren
detektiert, und das Ausgangssignal für die Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25 bildverarbeitet,
damit Information über den Versatz der Strahlachse aufgrund
der Neigung der Ablenkspiegel 11 in dem Lichtzuführpfad usw.
gebildet wird. Die Korrektur der Neigungen der Ablenkspiegel
11 in dem Lichtzuführpfad usw. auf der Grundlage einer
derartigen Information ermöglicht die Korrektur des Versatzes
der Strahlachse. Weiterhin wird die durch die Lichtsensor-
Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung gebildete Information
über den Versatz der Strahlachse bei einer Spiegelneigungs-
Korrekturschaltung 48 eingegeben, und ein Korrekturwertbefehl
wird von der Spiegelneigungs-Korrekturschaltung 48 zu einer
Spiegelneigungs-Korrekturvorrichtung 49 gesendet, die die
Neigungen der Ablenkspiegel 11 in dem Lichtzuführpfad usw.
über eine Antrieb korrigiert, damit der Versatz der
Strahlachse aufgrund der Neigungen des Spiegels automatisch
kompensiert wird.
Die Fig. 23 zeigt einen Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und das
Bezugszeichen 51 kennzeichnet einen Kondensor, der
unmittelbar vor dem Lichtsensor 1 gemäß einem der Verfahren
gemäß Fig. 1 bis Fig. 3 und Fig. 6 bis Fig. 8, und diese
läßt sich entlang der Strahlachsenrichtung durch ein
Linsenantriebsgetriebe 50 zum Verändern einer Brennweite
bewegen. Durch Vorsehen einer Beleuchungsvorrichtung gemäß
derjenigen der in Fig. 18 gezeigten Ausführungsform tritt
der durch das bestrahlte Objekt reflektierte und durch den
Rückspiegel 14 in dem Laseroszillator tretende Strahl durch
den Kondensor 51 und wird dem Lichtsensor 1 der
Kameravorrichtung zugeführt. Durch Bewegen des Kondensors 51
mit Hilfe des Linsenantriebsgetriebes 50 verändert sich der
Brennpunkt in geeigneter Weise ausgehend von der Oberfläche
des Werkstücks W zu der Schneidlinse 3 bzw. dem Ablenkspiegel
11, wodurch sich die Zustände der Oberfläche mit dem
Lichtsensor 1 beobachten lassen. Durch Bildverarbeitung und
dessen Ausgangssignal in der Lichtsensor-Detektorsignal-
Verarbeitungsschaltung 25 kann die Verschmutzung und die
Beschädigung optischer Teile, beispielsweise der
Schneidlinse, des Ablenkspiegels und der Resonatorspiegel
detektiert werden, so daß die Laserbearbeitungsvorrichtung
eine Selbstdiagnosefunktion aufweisen kann. Es ist auch zu
erkennen, daß die Brennpunkt-Bewegungsfunktion mit Hilfe des
Kondensors 51 und dem Linsenantriebsgetriebe 500, die in
Fig. 21 gezeigt sind, sich auch bei den in den Fig. 10
bis 22 gezeigten Ausführungsformen einsetzen lassen.
Die Fig. 24 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform, und das Bezugszeichen 52 kennzeichnet einen
Distanzsensor, der durch einen Sensor gebildet ist, der mit
einem Generator für Laserstrahlung, für Ultraschall,
Infrarotstrahlung und dergleichen integriert ist zum Messen
einer Distanz von der Rückseite des Rückspiegels 14 bis zu
der Werkstückoberfläche über den Laseroszillator und den
Lichtzuführpfad. Dies ermöglicht die genaue Detektion der
Distanz von der Schneidlinse zu der Werkstückoberfläche mit
hoher Geschwindigkeit und des Brennpunkts der Schneidlinse 3
bei unebener Oberfläche des Werkstücks, sowie der Veränderung
der Dicke des zu verfolgenden Werkstückoberfläche in genauer
Weise während dem Schneidvorgang, wodurch ein genaues und
stabiles Schneiden gewährleistet ist.
Die Fig. 25 zeigt ein Aufbaudiagramm zum Darstellen einer
Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer weiteren
Ausführungsform der Erfindung, und das Bezugszeichen 53
kennzeichnet die Helligkeitsverteilung des an der
Schneidoberfläche durch Zuführen des Laserstrahls mit
geeignetem Ausgang zum Schneiden der Oberfläche erzeugten
Lichts. Die Helligkeitsverteilung 53 wird durch den
Lichtsensor 1 der Kameravorrichtung gemäß jedem der im
Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 8 erläuterten Verfahren
detektiert und deren Ausgangssignal wird durch die
Lichtsensor-Detektorsignal-Verarbeitungsschaltung 25
bildverarbeitet. Die Helligkeitsverteilung 52 entspricht
nahezu vollständig der Energiedichteverteilung 54 des
Laserstrahl-Querschnitts an der Schneidoberfläche. Demnach
läßt sich der Strahlmodus anhand der Energie-
Intensitätsverteilung des Laserstahls, die wie oben
beschrieben bestimmt wird, beurteilen. Während die zu der NC-
Vorrichtung 10 übertragene und dort angezeigte
Helligkeitsverteilung 53 überprüft wird, werden die
Resonatorspiegel und der Laseroszillator 12 zum
Aufrechterhalten des optimalen Strahlmodus ausgerichtet.
Alternativ kann eine Ausrichtung unter Einsatz aktiver
Halterungsmechanismen 55 erreicht werden, die durch mehrere
an die Resonatorspiegel 13, 17a, 17b, 14 angepaßte
Stellglieder für die Feinanpassung der Resonatorspiegelwinkel
gebildet werden, sowie einem Kontroller 56 zum
Aufrechterhalten des optimalen Strahlmodus.
Insgesamt sind die oben für die Laserbearbeitungsvorrichtung
beschriebenen Ausführungsformen nicht hierauf beschränkt und
können bei dem Gerät eingesetzt werden, damit ein Laserstrahl
auf ein zu bestrahlendes Objekt unter Erzielung gleicher
Wirkungen auftrifft.
Zusätzlich zu dem obigen Entwurf lässt sich dann, wenn ein
Teil des in dem Laseroszillator erzeugten Laserstrahls an dem
Rückspiegel des Resonators für die Laserresonanz erhalten
wird und der Laserlichtsensor zum Detektieren des
Laserstrahls vorgesehen ist, auch der Laserausgang
überwachen.
Wird der Strahl mit einer Wellenlänge, die sich von der
Wellenlänge des in den Laseroszillator rückgeführten
Laserstrahls und einem Teil des in dem Laseroszillator
erzeugten Laserstrahls unterscheidet, an dem Rückspiegel des
Resonators zum Erzielen der Laserresonanz an der Außenseite
des Resonators erhalten, und sind die Integrierkugel zum
einheitlichen Verteilen und Schwächen der Strahlen, der
Laserlichtsensor zum Detektieren der geschwächten
Laserstrahlen und der Lichtsensor zum Detektieren der sich
von dem Laserstrahl unterscheidenden Strahlen vorgesehen, so
läßt sich die Überwachung des Laserausgangs und die Detektion
des von dem Schneidpunkt rückgeführten Strahls gleichzeitig
ausführen und der Preis und die Größe der
Laserbearbeitungsvorrichtung reduzieren.
Weiterhin ist der Strahlteiler zum Trennen des
Laserstrahlanteils und des anderen Strahls aus dem in die
Integrierkugel übertragenen Strahl angeordnet, der
Laserlichtsensor ist zum Detektieren des von dem Strahlteiler
abgetrennten Laserstrahls der anschließend in der
Integrierkugel verteilt und abgeschwächt wird, vorgesehen,
und der Lichtsensor ist zum Detektieren des Lichts von dem in
dem Strahlteiler abgetrennten Laserstrahl unterscheidenden
Strahl vorgesehen, wodurch der sich von dem Laserstrahl
unterscheidende Strahl wirksam zu dem Lichtsensor geführt
werden kann, ohne daß die Einheitlichkeit des Laserstrahls in
der Integrierkugel gestört wird, und das reale Bild an dem
Schneidpunkt wird erhalten.
Weiterhin ist der Strahlteiler, der so entworfen ist, daß er
an seiner Innenfläche den sich von dem in die Integrierkugel
übertragenen Strahl unterscheidenden Laserstrahl reflektiert
und verteilt und daß er den anderen Strahl durchführt, an der
Innenfläche der Integrierkugel vorgesehen, der Lichtsensor
ist zum Detektieren des durch den Strahlteiler
hindurchtretenden Strahls angeordnet, und der
Laserlichtsensor ist zum Detektieren des in der
Integrierkugel verteilten und verarbeiteten Laserstrahls
vorgesehen, wodurch dieselben Wirkungen wie bei den
vorgenannten Entwürfen erzielt werden können.
Weiterhin kann dann, wenn der Lichtsensor zum Detektieren der
Veränderung der Intensität, der Intensitätsverteilung oder
der Wellenlänge des Strahls am Schneidpunkt zum Detektieren
des Brennpunkts entworfen ist, die Fokussierung des optischen
Kondensorsystem bezogen auf das Werkstück genau und einfach
durchgeführt werden.
Weiterhin läßt sich die Schneidzeit reduzieren, wenn der
Lichtsensor so entworfen ist, daß er die Veränderung der
Intensität, der Intensitätsverteilung oder der Wellenlänge
des Strahls am Schneidpunkt zum Detektieren des Abschlusses
oder eines Fehlers bei einem Durchbohrvorgang am
Schneidstartpunkt erfaßt.
Weiterhin läßt sich das Auftreten eines Schneidfehlers
vermeiden, wenn der Lichtsensor so entworfen ist, daß er die
Veränderung der Intensität, der Intensitätsverteilung oder
der Wellenlänge des Strahls vom Schneidpunkt zum Detektieren
des Schneidstatus während des Laserschneidvorgangs erfaßt.
Weiterhin ist mindestens eine der vorliegenden Schaltungen
vorgesehen: die Schaltung zum Detektieren des Brennpunkts auf
der Grundlage der Veränderung der Intensität, der
Intensitätsverteilung oder der Wellenlänge des durch den
Lichtsensor erfaßten Strahls, die Schaltung zum Detektieren
des Abschlusses des Durchbohrvorgangs oder eines Fehlers
während des Durchbohrvorgangs auf der Grundlage derselben
Größen, sowie die Schaltung zum Detektieren der
Schneidbedingung auf der Grundlage derselben Größen;
weiterhin wird zumindest eine der folgenden Größen anhand des
Signals der zumindest einen Schaltung gesteuert:
Laseroszillator-Oszillationsbedingung; Schneidgaszustand,
Brennposition, Zuführrate und Düsenstatus, so daß sich das
Schneiden automatisieren läßt und ein unüberwachter Betrieb
ermöglicht wird.
Weiterhin wird die Schneidfläche ausgehend von der Rückfläche
des Rückspiegels des Laseroszillators über den
Lichtzuführpfad beleuchtet, und das reflektierte Licht wird
durch den Lichtsensor hinter dem Laseroszillator detektiert,
und dessen Licht wird verarbeitet, wodurch Information über
den vorab an dem Werkstück vorgesehenen Schneidpfad gelesen
werden kann, ein Kopierbetrieb entlang dieses Pfads möglich
ist und ein Formschneiden ohne das vorherige Eingeben eines
Formschneidprogramms durchgeführt werden kann.
Weiterhin sind die Schaltung zum Detektieren des
Strahlachsenversatzes des Laserstrahls auf Grundlage der
Positionsbeziehung des durch den Lichtsensor detektierten
Strahls mit der Düsenöffnung an dem vorderen Ende des
Schneidkopfes und die Kompensiervorrichtung zum Kompensieren
des Versatzes der Düse und des optischen Kondensorsystems
bezogen auf den Laserstrahl unter Steuerung des Signals der
Schaltung zum automatischen Angleichen der Position der
Laserstrahlachse relativ zu der Düsenöffnung in dem
Schneidkopf vorgesehen.
Weiterhin wird von der Rückseite des Rückspiegels des
Laseroszillators der Laserstrahl im sichtbaren Bereich
zugeführt und die Position des von dem Werkstück
reflektierten Laserstrahls im sichtbaren Bereich wird
detektiert, wodurch der Strahlachsenversatz aufgrund der
Neigungen der Spiegel in dem Lichtzuführungspfad und der
Resonatorspiegel detektiert werden kann, damit automatisch
ein Angleichen der Neigungen der Spiegel im Lichtzuführpfad
und der Resonatorspiegel möglich ist.
Weiterhin sind der Kondensor mit variablem Brennpunkt, der
Lichtsensor und der Wellenlängenauswahlfilter hinter dem
Rückspiegel des Laseroszillators angeordnet, wodurch die
Verschmutzung und die Beschädigung optischer Teile,
beispielsweise der Schneidlinse und des Ablenkspiegels in dem
Lichtzuführpfad und der Resonatorspiegel erfaßt werden kann,
so daß das Gerät eine Selbstdiagnosefähigkeit aufweist.
Weiterhin ist ein Distanzsensor vom Typ ohne Kontakt hinter
dem Rückspiegel des Laseroszillators vorgesehen, und die
Entfernung zu der Schneidfläche wird gemessen, wodurch die
Entfernung zwischen der Schneidlinse und der
Werkstückoberfläche angeglichen werden kann, damit immer die
höchste Schneidwirkung gewährleistet ist, wodurch sich die
Schneidleistungsfähigkeit verbessert.
Weiterhin wird die an der Schneidfläche vorliegende
Helligkeitsverteilung des Laserstrahls durch den Lichtsensor
hinter dem Rückspiegel des Laseroszillators detektiert,
wodurch der Mode des Laserstrahls zum Steuern und
Aufrechterhalten einer hohen Strahlqualität detektiert werden
kann.
Claims (25)
1. Verfahren zur Laserbearbeitung eines Werkstücks (W), gemäß
dem
- a) ein Laserstrahl (8) in einem Laseroszillator (12) erzeugt wird,
- b) der erzeugte Laserstrahl (8) über ein Fokussiersystem (3) auf das Werkstück (W) gerichtet wird,
- c) das am Werkstück (W) reflektierte Laserlicht (8) zusammen mit erzeugtem Sekundärlicht (9) über das Fokussiersystem (3) zum Laseroszillator (12) zurückgelangt,
- a) durch einen dem aktiven Lasermedium optisch nachgeordneten Spiegel (14) mit unterschiedlichem Reflexionsvermögen für das Laserlicht (8) und das Sekundärlicht (9) ein Teil des Laserlichts (8) und des Sekundärlichts (9) abgetrennt wird;
- b) das Sekundärlicht (9) durch ein Wellenlängenfilter (16) von dem Laserlichtanteil getrennt und dieser restliche Sekundärlichtanteil (9') durch einen Lichtsensor (1) separat von dem Laserlichtanteil erfaßt wird, und
- c) aus dem restlichen Sekundärlichtanteil (9') ein Steuersignal zum Steuern der Laserbearbeitungsvorrichtung abgeleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens einer der folgenden Verarbeitungsschritte mit
dem Steuersignal durchgeführt wird:
Bestimmen der Brennpunktposition des Laserstrahls;
Bestimmen des Endes eines Bohrvorgangs;
Bestimmen von Fehlern, die während des Bohrvorgangs auftreten;
Bestimmen des Bearbeitungsstatus des Werkstücks (W).
Bestimmen der Brennpunktposition des Laserstrahls;
Bestimmen des Endes eines Bohrvorgangs;
Bestimmen von Fehlern, die während des Bohrvorgangs auftreten;
Bestimmen des Bearbeitungsstatus des Werkstücks (W).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das Steuern der Laserbearbeitungsvorrichtung
mindestens einen der folgenden Steuerungsschritte umfaßt:
Steuern der Laseroszillator-Oszillationsbedingung;
Steuern des Schneidgaszustandes;
Steuern der Schneidgaszuführungsrate;
Steuern der Laserstrahl-Brennpunktposition.
Steuern der Laseroszillator-Oszillationsbedingung;
Steuern des Schneidgaszustandes;
Steuern der Schneidgaszuführungsrate;
Steuern der Laserstrahl-Brennpunktposition.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bewegung des Laserstrahls (8) entlang eines
Bearbeitungsweges (43) des Werkstückes (W) gesteuert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Erfassen eines Versatzes der Schneidkopf-
Düsenöffnung (29) von der Strahlachse (45) des
Laserstrahls (8) der Versatz kompensiert wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass
die Neigung von mindestens einem Resonatorspiegel (13, 14, 17) und/oder eines Lichtführungswegspiegels (11) durch das Ausgabesignal des Lichtsensors erfaßt wird; und
die Neigung von mindestens einem Resonatorspiegel (13, 14, 17) und/oder des Lichtführungswegspiegels (1) zum Ausgleich des Strahlversatzes geändert wird.
die Neigung von mindestens einem Resonatorspiegel (13, 14, 17) und/oder eines Lichtführungswegspiegels (11) durch das Ausgabesignal des Lichtsensors erfaßt wird; und
die Neigung von mindestens einem Resonatorspiegel (13, 14, 17) und/oder des Lichtführungswegspiegels (1) zum Ausgleich des Strahlversatzes geändert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass
der Strahlmode des Laserstrahls (8) durch das Steuersignal erfaßt wird; und
zum Aufrechterhalten des optimalen Strahlmodes ein beweglicher Halterungsmechanismus (55) für Resonatorspiegel (13, 14, 17a, 17b) gesteuert wird.
der Strahlmode des Laserstrahls (8) durch das Steuersignal erfaßt wird; und
zum Aufrechterhalten des optimalen Strahlmodes ein beweglicher Halterungsmechanismus (55) für Resonatorspiegel (13, 14, 17a, 17b) gesteuert wird.
8. Laserbearbeitungsvorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit
- a) einem Laseroszillator (12) zum Erzeugen eines Laserstrahls (8);
- b) einem Fokussiersystem (3) zum Richten des Laserstrahls (8) auf einen Bearbeitungspunkt eines Werkstücks (W), wobei das am Werkstück erzeugte Sekundärlicht (9) über das Fokussiersystem (3) zum Laseroszillator (12) zurückgelangt,
- a) ein dem Laseroszillator (12) optisch nachgeordneter Spiegel (14) mit unterschiedlichem Relexionsvermögen für Laserlicht (8) und Sekundärlicht (9) zum Trennen des Sekundärlichts von dem Laserstrahl (8) vorgesehen ist; sowie
- b) ein Wellenlängenauswahlfilter (16) zum selektiven Durchlassen des Sekundärlichtanteils (9') im Wellenlängenbereich, in dem ein Lichtsensor (1) eine hohe Empfangssensitivität aufweist, und
- c) ein Lichtsensor (1) zum Erfassen des restlichen Sekundärlichtanteils (9').
9. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine Laserstrahl-Ablenkeinrichtung (32) zum Ablenken des aus dem Laseroszillator (12) gelangenden Laserstrahlanteils (8) an die Außenseite des Laserresonators (12); und
einen Laserlichtsensor (19) zum Erfassen des durch die Laserstrahl-Ablenkeinrichtung (32) abgelenkten Laserstrahlanteils (8).
eine Laserstrahl-Ablenkeinrichtung (32) zum Ablenken des aus dem Laseroszillator (12) gelangenden Laserstrahlanteils (8) an die Außenseite des Laserresonators (12); und
einen Laserlichtsensor (19) zum Erfassen des durch die Laserstrahl-Ablenkeinrichtung (32) abgelenkten Laserstrahlanteils (8).
10. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (1) aus einer
Photodiode besteht.
11. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsensor (1) aus einer
Kameravorrichtung besteht.
12. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass
eine Integrationskugel (33) mit einer inneren
Oberfläche zum gleichförmigen Zerstreuen und zum
Erfassen des abgetrennten Laserstrahlanteils (8)
und/oder des Sekundärlichtanteils (9') vorgesehen
ist.
13. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass
zum Trennen des Sekundärlichtanteils (9) und des Laserstrahlanteils (8) in der Integrationskugel (33) zumindest ein Strahlteilerspiegel (34) vorgesehen ist; und
nach dem Verarbeiten des Sekundärlichtanteils (9') und des Laserstrahlanteils (8) durch die Integrationskugel (33) der Lichtsensor (1) den Sekundärlichtanteil (9') und/oder der Laserlichtsensor (19) den Laserstrahlanteil (8) erfasst.
zum Trennen des Sekundärlichtanteils (9) und des Laserstrahlanteils (8) in der Integrationskugel (33) zumindest ein Strahlteilerspiegel (34) vorgesehen ist; und
nach dem Verarbeiten des Sekundärlichtanteils (9') und des Laserstrahlanteils (8) durch die Integrationskugel (33) der Lichtsensor (1) den Sekundärlichtanteil (9') und/oder der Laserlichtsensor (19) den Laserstrahlanteil (8) erfasst.
14. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass zum Trennen des Sekundärlichtanteils
(9') und des Laserstrahlanteils (8) ein optisches Element
(36, 37) vorgesehen ist, das den Sekundärlichtanteil (9')
aus der Integrationskugel (33) herausleitet.
15. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8
bis 14, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung
(25), mit der sich die Brennpunktposition des Laserstrahls
(8) anhand der Intensität (A), der Intensitätsverteilung
(B), der Wellenlänge (C) oder einer Kombination dieser
Merkmale des Sekundärlichtanteils (9') bestimmen läßt.
16. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8
bis 14, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (25)
mit der sich der Abschluß eines Bohrvorgangs oder ein
Fehler während des Bohrvorgangs anhand der Intensität (A),
der Intensitätsverteilung (B), der Wellenlänge (C) oder
einer Kombination dieser Merkmale des Sekundärlichtanteils
(9') bestimmen läßt.
17. Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8
bis 14, gekennzeichnet durch eine Detektoreinrichtung (25)
mit der sich der Schneidestatus anhand der Intensität (A),
der Intensitätsverteilung (B), der Wellenlänge (C) oder
eine Kombination dieser Merkmale des Sekundärlichtanteils
(9') bestimmen läßt.
18. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, dass der optisch nachgeordnete Spiegel der
rückwärtige Resonatorspiegel (14) des Laseroszillators
(12) ist.
19. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 18,
gekennzeichnet durch:
einen hinter dem rückwärtigen Resonatorspiegel (14)
des Laserresonators (12) angeordneten Abstandsensor
(52) zum Erfassen des Abstands zwischen der
Schneidelinse (3) und der Oberfläche des Werkstücks
(W).
20. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
einen Antrieb (50) für ein optisches Kondensorelement
(51) zum Sammeln des Sekundärlichtanteils (9'), das
in der Strahlachsenrichtung zur Änderung der
Brennpunktdistanz bewegbar ist.
21. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine Lichteinheit (40) zum Erzeugen eines Lichtstrahls, der koaxial zum Laserstrahl (8) ausgerichtet ist;
einen Strahlteiler (42) zum Trennen desjenigen Lichts, das von der Lichteinheit (40) erzeugt und von der Oberfläche des Werkstücks (W) reflektiert wird, und des Sekundärlichtanteils (9');
eine auf den Lichtsensor (1) ansprechende Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen der Oberfläche des Werkstücks (W); und
eine der Detektoreinrichtung (25) nachgeschaltete Steuereinrichtung (10) zum Ausführen einer Kopiersteuerung entlang des Bearbeitungsweges (43).
eine Lichteinheit (40) zum Erzeugen eines Lichtstrahls, der koaxial zum Laserstrahl (8) ausgerichtet ist;
einen Strahlteiler (42) zum Trennen desjenigen Lichts, das von der Lichteinheit (40) erzeugt und von der Oberfläche des Werkstücks (W) reflektiert wird, und des Sekundärlichtanteils (9');
eine auf den Lichtsensor (1) ansprechende Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen der Oberfläche des Werkstücks (W); und
eine der Detektoreinrichtung (25) nachgeschaltete Steuereinrichtung (10) zum Ausführen einer Kopiersteuerung entlang des Bearbeitungsweges (43).
22. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
einen Schneidkopf (4) mit einer Düsenöffnung und einem vorderen Ende;
eine Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen des Strahlversatzes zwischen dem Laserstrahl (8) und der Düsenöffnung; und
eine Kompensatoreinrichtung (46) zum Kompensieren der Fehlerausrichtung der Düsenöffnung und des Laserstrahls (8).
einen Schneidkopf (4) mit einer Düsenöffnung und einem vorderen Ende;
eine Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen des Strahlversatzes zwischen dem Laserstrahl (8) und der Düsenöffnung; und
eine Kompensatoreinrichtung (46) zum Kompensieren der Fehlerausrichtung der Düsenöffnung und des Laserstrahls (8).
23. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen des Strahlmodes des Laserstrahls (8);
einen aktiven Halterungsmechanismus (55) zum Einstellen der Winkel der Resonatorspiegel (13, 14, 17); und
eine Steuereinrichtung (56) zum Steuern der aktiven Halterungsmechanismen (55) gemäß eines Ausgangssignals der Detektoreinrichtung (25).
eine Detektoreinrichtung (25) zum Erfassen des Strahlmodes des Laserstrahls (8);
einen aktiven Halterungsmechanismus (55) zum Einstellen der Winkel der Resonatorspiegel (13, 14, 17); und
eine Steuereinrichtung (56) zum Steuern der aktiven Halterungsmechanismen (55) gemäß eines Ausgangssignals der Detektoreinrichtung (25).
24. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 10,
gekennzeichnet durch
einem hinter dem rückwärtigen Resonatorspiegel (14) angeordneten Laseroszillator (47) zum Erzeugen eines sichtbaren Laserstrahls, der koaxial zum Laserstrahl (8) ausgerichtet ist;
einen Strahlteiler (42) zum Trennen des an der Oberfläche des Werkstücks (W) reflektierten sichtbaren Laserstrahls, der zum Laseroszillator (12) zurückgelangt, und des Sekundärlichtanteils (9');
eine Detektoreinrichtung (48) zum Erfassen eines Strahlachsenversatzes oder der Neigung eines der Resonatorspiegel (13, 14, 17) oder eines Lichtführungswegspiegels (11); und
eine Kompensatoreinrichtung (49) zum Ändern der Neigung der Spiegel (11, 13, 14, 17), die auf die Detektoreinrichtung (48) zum Kompensieren des Stahlachsenversatzes anspricht.
einem hinter dem rückwärtigen Resonatorspiegel (14) angeordneten Laseroszillator (47) zum Erzeugen eines sichtbaren Laserstrahls, der koaxial zum Laserstrahl (8) ausgerichtet ist;
einen Strahlteiler (42) zum Trennen des an der Oberfläche des Werkstücks (W) reflektierten sichtbaren Laserstrahls, der zum Laseroszillator (12) zurückgelangt, und des Sekundärlichtanteils (9');
eine Detektoreinrichtung (48) zum Erfassen eines Strahlachsenversatzes oder der Neigung eines der Resonatorspiegel (13, 14, 17) oder eines Lichtführungswegspiegels (11); und
eine Kompensatoreinrichtung (49) zum Ändern der Neigung der Spiegel (11, 13, 14, 17), die auf die Detektoreinrichtung (48) zum Kompensieren des Stahlachsenversatzes anspricht.
25. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 8,
gekennzeichnet durch
eine Detektoreinrichtung (25) zum Verarbeiten des Ausgangssignals des Lichtsensors (1);
einer Laseroszillator-Steuerschaltung (27), die mit dem Laserstrahlsensor (19) und dem Laseroszillator (12) verbunden ist; und
einer mit der Detektoreinrichtung (25) und der Laseroszillator-Steuerschaltung (27) verbundenen NC- Vorrichtung (10) zum Steuern mindestens
eine Detektoreinrichtung (25) zum Verarbeiten des Ausgangssignals des Lichtsensors (1);
einer Laseroszillator-Steuerschaltung (27), die mit dem Laserstrahlsensor (19) und dem Laseroszillator (12) verbunden ist; und
einer mit der Detektoreinrichtung (25) und der Laseroszillator-Steuerschaltung (27) verbundenen NC- Vorrichtung (10) zum Steuern mindestens
- - eines Antriebsgetriebes (22) zum Bewegen einer Schneidlinse (3),
- - eines Schneidgasreglers (24),
- - eines Antriebstisches (23).
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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