DE69215851T2

DE69215851T2 - Verfahren und vorrichtung zum laserbearbeiten

Info

Publication number: DE69215851T2
Application number: DE69215851T
Authority: DE
Inventors: Yoshinori Fanuc Manshon Nakata
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1991-09-27
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: DE69215851D1; EP0559912A1; WO1993005922A1; JPH0584587A; KR930702111A; US5399835A; EP0559912A4; EP0559912B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zum Schneiden oder Schweißen von Werkstücken, insbesondere auf ein Bearbeitungsverfahren und eine Bearbeitungsvorrichtung, bei denen ein Bearbeitungskopf zum Bearbeiten bewegt wird.
Als eine Laserbearbeitungsmaschine und ein Laserbearbeitungsverfahren, bei denen ein Laserstahl auf ein Werkstück angewendet wird, um das Werkstück einer Bearbeitung, wie einem Schneiden, einem Schweißen usw., zu unterziehen, sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, die gekennzeichnet sind durch ein sich bewegendes Werkstück und einen ortsfesten Bearbeitungskopf, von dem aus ein Laserstrahl auf das Werkstück gerichtet wird. Herkömmlicherweise sind z. B. ein Verfahren und ein Vorrichtung bekannt, bei denen das zu bearbeitende Werkstück unter Benutzung eines Tisches bewegt wird, der in den Richtungen sich senkrecht durchschneidender X- und Y-Achsen bewegbar ist.
Außerdem sind ein Bearbeitungsverfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei denen der Bearbeitungskopf zum Bearbeiten in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen bewegt wird, wobei das Werkstück ortsfest ist.
Das System, bei dem das Werkstück in den Richtungen der X-, Y- und Z-Achsen bewegt wird, wobei der Bearbeitungskopf ortsfest ist, erfordert einen Raum für die Bewegung des Werkstücks, der zweimal so lang und so breit oder mehr als das Werkstück ist. Falls das Werkstück ein kleines ist, wird dieser Raum kein besonderes Problem verursachen. Falls die Größe des zu bearbeitenden Werkstücks so groß wie 5 m mal 5 m ist, wird z. B. ein Raum von 10 m mal 10 m als ein Bearbeitungsraum benötigt, so daß die Laserbearbeitungsmaschine größere Abmessungen haben muß.
Wenn das System benutzt wird, bei dem der Bearbeitungskopf bewegt wird, wobei das Werkstück ortsfest ist, ändert sich indessen, um das Problem im Zusammenhang mit dem zuvor angesprochenen Raum zu lösen, die Distanz der Laserstrahlausbreitung von einem Laseroszillator zu einem Bearbeitungspunkt, d. h. die Länge des optischen Wegs, wenn sich der Bearbeitungskopf bewegt. Wenn sich die Länge des optischen Wegs ändert, ändern sich Durchmesser und Beschaffenheit des Laserstrahls derart, daß sich die Bearbeitungsbedingungen, wie optimale Brennweite und Schärfentiefe sowie die Dicke von bearbeitbaren Werkstücken, ändern. Demzufolge wird die Bearbeitung schwierig oder kann nicht unter optimalen Bedingungen bewirkt werden.
Demzufolge ist außerdem ein System entwickelt worden, bei dem der Bearbeitungskopf ohne Veränderung der Länge des optischen Wegs bewegt werden kann, wie dies in Fig. 6 gezeigt (vergl. die veröffentlichte geprüfte Japanische Patentanmeldung Nr. 1-55076). Gemäß diesem System ist ein Paar von Reflektoren 31, 31 zum zum Reflektieren eines Laserstrahls bei einem Winkel von 180º in einem Laserstrahlausbreitungsweg, der von einem Laseroszillator 1 bis zu einer Kondensorlinse 16 eines Bearbeitungskopfs 15 reicht, angeordnet, und die paarweise vorgesehenen Reflektoren 31, 31 werden derart über eine Distanz, die halb so groß wie der Bewegungshub des Bearbeitungskopfs 15 ist, bewegt, daß die Länge des optischen Wegs stets konstant gehalten wird.
Wie zuvor beschrieben, ist, wenn der Bearbeitungskopf ortsfest ist, ein breiter Bearbeitungsraum erforderlich. Wenn der Bearbeitungskopf für eine Bewegung eingerichtet ist, ändert sich andererseits die Laserstrahlausbreitungs-Charakteristik, so daß eine optimale Bearbeitung nicht bewirkt werden kann. Gemäß dem zuvor genannten, in der veröffentlichten geprüften Japanische Patentanmeldung Nr. 1-55076 beschriebenen System, bei dem der Bearbeitungskopf ohne Veränderung der Länge des optischen Wegs bewegt werden kann, bringt die zusätzliche Benutzung der zwei Reflektoren eine Erhöhung der Kosten und des Energieverbrauchs mit sich, und ferner erfordert ein derartiges System insbesondere einen Raum für die Bewegung der paarweise vorgesehenen Reflektoren zum Reflektieren des Laserstrahls bei einem Winkel von 180º. Falls ein zu bearbeitendes Werkstück große Abmessungen hat, muß dieser so breit sein, daß keine kompakt aufgebaute Laserbearbeitungsmaschine erreicht werden kann.
Die Druckschrift JP-A-3-189 090 offenbart ein Laserstrahlbearbeitungsverfahren und eine Vorrichtung gemäß den Oberbegriffen der vorliegenden Ansprüche 1 u. 4. Um die Laserausbreitungscharacteristik zu ändern, wird eine Kondensor linse derart längs eines Laserausbreitungswegs bewegt, daß durch ein Zusammenwirken der zuvor genannten Kondensorlinse und einer weiteren Kondensorlinse in einem Bearbeitungskopf die Position des Brennpunkts und die Schärfentiefe der Linsenkombination geändert werden kann, um den Laserstrahl in unterschiedlichen Orten in der Dickenrichtung eines bearbeiteten Materials zu fokussieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein ein Laserbearbeitungsverfahren und eine Laserbearbeitungsvorrichtung zu schaffen, mittels derer ein für eine Laserbearbeitung erfoderlicher Raum verringert werden kann, während gleichzeitig eine leistungsfähige Laserbearbeitung erzielt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist ein Laserbearbeitungsverfahren vorgesehen, bei dem ein Laserstrahl, der von einem Laseroszillator erzeugt ist, zu einem Bearbeitungskopf gesendet wird, welcher eine Kondensorlinse hat, und der Bearbeitungskopf bewegt wird, um ein Werkstück einer Laserbearbeitung zu unterziehen, wobei ein optisches Kondensorelement zum Ändern der Laserausbreitungscharakteristik in einem Laserausbreitungsweg von dem Laseroszillator zu der Kondensorlinse vorgesehen ist und das optische Kondensorelement längs des Laserausbreitungswegs bewegt wird, um die Laserausbreitungscharakteristik zu ändern, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des optischen Kondensorelements längs des Laserausbreitungswegs von der Änderung des Distanz für die Laserübertragung von dem Laseroszillator zu der Kondensorlinse, so wie sich die Distanz mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs ändert, abhängt, so daß sich der Laserstrahl, welcher auf die Kondensorlinse trifft, stets innerhalb eines geeigneten Bereichs für die Bearbeitung befindet.
Vorzugsweise ist das optische Kondensorelement aus einer Linse oder einem Reflektor und einem gekrümmten Reflektor gebildet ist.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgesehen, in der ein Laserstrahl, welcher von einem Laseroszillator erzeugt ist, zu einem Bearbeitungskopf zu senden ist, der eine Kondensorlinse hat, und der Bearbeitungskopf dazu bestimmt ist, sich zu bewegen, um ein Werkstück einer Laserbearbeitung zu unterziehen, wobei die Vorrichtung ferner umfaßt: ein optisches Kondensorelement zum Ändern der Laserausbreitungscharakteristik, das in einem Laserausbreitungsweg zwischen dem Laseroszillator und der Kondensorlinse angeordnet ist, und ein Antriebsmittel zum Bewegen des optischen Kondensorelenents längs des Laserausbreitungswegs, um die Laserausbreitungscharakteristik zu än dem, gekennzeichnet durch ein Distanzberechnungsmittel zum Berechnen der Distanz des Laserausbreitungswegs zwischen dem Laseroszillator und dem Bearbeitungskopf, ein Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement zum Einstellen der Position des optischen Kondensorelements in Übereinstimmung mit der Distanz, die durch das Distanzberechnungsmittel berechnet ist, so daß sich der Laserstrahl, welcher auf die Kondensorlinse trifft, stets innerhalb eines geeigneten Bereichs für die Bearbeitung befindet, und ein Antriebssteuermittel zum Steuern des Antriebsmittels, um das optische Kondensorelement zu der Position zu bewegen, die durch das Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement eingestellt ist.
Vorzugsweise ist das Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement aus einem Speicher, der mit der Position des optischen Kondensorelements in Übereinstimmung mit der Laserausbreitungsdistanz von dem Laseroszillator zu dem Bearbeitungskopf geladen ist, oder aus einem Mittel zum Berechnen der Position des optischen Kondensorelements auf der Grundlage der Distanz des Laserausbreitungswegs von dem Laseroszillator zu dem Bearbeitungskopf gebildet.
Vorzugsweise ist das optische Kondensorelement aus einer Linse oder aus einem Reflektor und einem gekrümmten Reflektor gebildet.
Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es zuvor beschrieben ist, wird das optische Kondensorelement zur Änderung der Laserausbreitungscharakteristik, welches in dem Laserausbreitungsweg vorgesehen ist, derart gesteuert, daß es selbsttätig verschoben wird, wenn sich die Länge des optischen Wegs in Übereinstimmung mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs ändert, wodurch sich der Laserstrahl, der auf die Kondensorlinse des Bearbeitungskopfs trifft, stets innerhalb eines für die Bearbeitung geeigneten Bereichs befindet, was eine gleichförmige Bearbeitung sicherstellt. Da nur ein kleines Ausmaß an Verschiebung des optischen Kondensorelements zu dessen Steuerung erforderlich ist, kann die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in einer herkömmlichen Laserbearbeitungsmaschine ohne Erfordernis einer wesentlichen Vergrößerung des Bearbeitungsraums der Maschine aufgenommen werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild zur Erläuterung eines Aufbaus einer Laserbearbeitungsmaschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Tabelle, die mit Linsenpositionen verglichen mit Längen von optischen Wegen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung geladen ist.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung des wesentlichen Teils eines weiteren Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm zur Erläuterung des wesentlichen Teils von Verarbeitungsvorgängen, die mittels eines Prozessors einer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auszuführen sind.
Fig. 6 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines herkömmlichen Systems zum Fixieren der Länge des optischen Wegs.
Im folgenden wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung anhand der Darstellung in Fig. 2 beschrieben.
Ein von einem Laseroszillator 1 ausgesendeter Laserstrahl 3 wird mittels eines optischen Kondensorelements (einer Linse) 2 zum Ändern der Laserausbreitungscharakteristik verschmälert, und ein von dem optischen Kondensorelement 2 ausgesendeter Laserstrahl 4 ändert seine Ausbreitungscharakteristik. Indessen liegt eine Länge des optischen Wegs (Distanz auf einem optischen Weg von dem Laseroszillator zu einer Kondensorlinse eines Bearbeitungskopfs), die geeignet ist, um ein Werkstück gleichförmig mittels des Laserstrahls bearbeiten zu können, innerhalb eines festgelegten Bereichs. Gemß Fig. 2 ist dieser für eine Bearbeitung geeignete Bereich als ein solcher gezeigt, der von einer optischen Weglänge 1a bis zu einer optischen Weglänge 1b reicht. Wenn sich die optische Weglänge vergrößert oder verkleinert, und zwar über den für die Bearbeitung geeigneten Bereich (zwischen 1a und 1b) hinaus oder kurz bis vor dessen Grenze, verursacht dies nicht nur die Änderung des Laserstrahldurchmessers, sondern auch die Änderung der Laserausbreitungscharakteristik.
Daraufhin können, wenn das optische Kondensorelement 2 um eine Bewegungsweglänge α längs des optischen Wegs beginnend von der Position bei einer Distanz, die einer optischen Weglänge L entspricht, welche von dem Laseroszillator 1 aus mißt, zu einer Position (L + α) bewegt wird, so daß die Kondensorlinse in einem neuen für die Bearbeitung geeigneten Bereich (d. h. in einem Bereich, der von einer optischen Weglänge (1a + β) bis (1b + γ) reicht, angeordnet wird, was der Bewegungsposition entspricht, der Durchmesser und die Beschaffenheit des Strahls, der auf die Kondensorlinse trifft, stets in einem optimalen Zustand gehalten werden, so daß trotz der Bewegung des Bearbeitungskopfs immer eine optimale Bearbeitung bewirkt werden kann.
Selbst obwohl der Bearbeitungskopf und der Kondensorkopf bewegt werden, was die Änderung der optischen Weglänge auf diese Weise mit sich bringt, kann die optimale Bearbeitung stets durch ein einfaches Einstellen der Position des optischen Kondensorelements 2 längs des optischen Wegs in Reaktion auf die Änderung bewirkt werden. Da das optische Kondensorelement 2 nur um eine kurze Distanz bewegt werden muß, wird ein nicht zu großer Raum für die gesamte Vorrichtung benötigt, so daß eine kompakt aufgebaute Laserbearbeitungsmaschine erreicht werden kann.
Im folgenden wird anhand von Fig. 1 eine Laserbearbeitungs- maschine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, die das zuvor angegebene Prinzip verkörpert, beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein Bearbeitungskopf 15 derart angeordnet, daß er sich in den Richtungen von X- und Y-Achsen, die sich unter rechten Winkeln zueinander erstrecken, bewegen kann. Die Maschine umfaßt den Laseroszillator 11 die Linse 2 mit langer Brennweite als das optische Kondensorelements zum Ändern der Laserstrahlausbreitungscharakteristik, welche Linse in einem Laserausbreitungsweg angeordnet ist, einen Servomotor 11 zum Bewegen der Linse 2, einen Getriebemechanismus, der eine Kugelschraube 8, eine Mutter 8a usw. enthält, einen Servomotor 12 zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 15 und eines Reflektors 6 in der X-Achsenrichtung, einen Getriebemechanismus, der eine Kugeischraube 9, eine Mutter 9a usw. enthält, einen Servomotor 13 zum Bewegen des Bearbeitungskopfs 15 in der Y-Achsenrichtung, einen Getriebemechanismus, der eine Kugeischraube 10, eine Mutter 10a usw. enthält, und eine numerische Steuereinrichtung (NC-Einrichtung) als eine Steuereinrichtung zum Steuern der Laserbearbeitungsmaschine. Der Laserstrahl, welcher von dem Laseroszillator 1 ausgesendet wird, durchläuft die Linse 2 und wird unter rechten Winkeln durch Reflektoren 5, 6 u. 7 reflektiert, um eine Kondensorlinse 16 zu erreichen, die in dem Bearbeitungskopf angeordnet ist. An den Servomotoren 11, 12 und 13 ist jeweils ein Impulscodierer 11a, 12a bzw. 13a zum Erfassen der Position und der Geschwindigkeit angebracht. Das Bezugszeichen 14 in Fig. 1 bezeichnet ein Werkstück.
Gemäß Fig. 1 ist der Reflektor 6 als in der vertikalen Richtung in Fig. 1 mittels des Servomotor 12 bewegbar dargestellt. Tatsächlich erstreckt sich indessen die Kugelschraube 9 in der Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene, so daß der Reflektor 6 in der X-Achsen-Richtung, die senkrecht zu der Zeichnungsebene verläuft, mittels der Mutter 9a, die mit der Kugelschraube 9 in Eingriff steht, bewegt wird, und eine Ständerführung, an welcher der Y-Achsen-Servomotor 13, die Kugelschraube 10, der Bearbeitungskopf 15 usw. angebracht sind, wird ebenfalls in der X-Achsen-Richtung senkrecht zu der Zeichnungsebene bewegt.
Der Laserstrahl 3, welcher von dem Laseroszillator 1 ausgesendet wird, durchläuft die Linse 2, um in den Laserstrahl 4 mit einer modifizierten Ausbreitungscharakteristik umgewandelt zu werden, der jeweils mittels der Reflektoren 5, 6 u. 7 um 90º umgelenkt reflektiert wird, und trifft auf die Kondensorlinse 16. Daraufhin wird der Laserstrahl mittels der Kondensorlinse 16 fokussiert und auf das Werkstück 14 abgegeben, um einen Schneidvorgang zu bewirken. In diesem Fall ändert sich, wenn der Bearbeitungskopf 15 mittels der Kugelschrauben/Mutter-Mechanismen 9, 9a u. 10, 10a bewegt wird, wenn die Servomotoren 12 u. 13 getrieben werden, die Länge eines optischen Wegs (Laserstrahlausbreitungsdistanz) von dem Laseroszillator 1 zu einem Bearbeitungs punkt, oder wenn der Bearbeitungskopf seine Lage verändert, so daß sich der Durchmesser und die Beschaffenheit des Laserstrahls entsprechend ändern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird indessen, wie zuvor angegeben, der Servomotor 11 abhängig von der Bewegung des Bearbeitungskopfs getrieben, und die Linse 2 wird mittels des Kugelschrauben/Mutter-Mechanismus 8 u. 8a bewegt, um die Ausbreitungscharakteristik des Laserstrahls 3 zu ändern, um dadurch die optische Weglänge einzustellen, welche mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs derart geändert wird, daß sich dieser nach der Anderung der Ausbreitungscharakteristik innerhalb eines neuen, für die Bearbeitung geeigneten Bereichs befindet.
Ein Prozessor 21 der numerischen Steuereinrichtung 20 ist über eine Busleitung 29 verbunden mit einem ROM 22, der mit einem Systemprogramm geladen ist, einem RAM 23 zur vorübergehenden Speicherung von Daten, einem batteriegestützten, nichtflüchtigen Speicher 24 zum Speichern eines Bearbeitungsprogramms und von Tabellen (später erläutert), die mit Bewegungspositionen der Linse 2 geladen sind, einer Schnittstelle 25, die mit dem Laseroszillator 1 verbunden ist, und Servoschaltungen 26, 27 u. 28 zum Treiben der Servomotoren 11, 12 bzw. 13. Die Servoschaltungen 26, 27 u. 28 werden mit Positions- und Geschwindigkeits-Rückkopplungssignalen aus den Impulscodierern 11a, 12a u. 13a versorgt, die an den entsprechenden Servomotoren 11, 12 u. 13 ange bracht sind, wodurch in derselben Art und Weise wie in einem herkömmlichen Fall Positions- und Geschwindigkeits-Regelungsvorgänge bewirkt werden.
Der Prozessor 21 gibt einen Laserbearbeitungsbefehl durch die Schnittstelle 25 an den Laseroszillator 1 aus. Auf den Empfang dieses Befehls hin sendet der Laseroszillator 1 einen Laserstrahl aus, so daß der Laserstrahl von dem Bearbeitungskopf 15 über die Linse 2, die Reflektoren 5, 6 u. 7 und die Kondensorlinse 16 an das Werkstück 14 abgegeben wird. Andererseits veranlaßt der Prozessor 21 auf der Grundlage des Bearbeitungsprogramms, das in dem nichtflüchtigen Speicher 24 gespeichert ist, die Servoschaltungen 27 u. 28, die Servomotoren 12 u. 13 zu treiben, um dadurch den Bearbeitungskopf 15 und die Reflektoren 6 u. 7 anzutreiben. Ferner wird der Servomotor 11 in Reaktion auf die Bewegung des Bearbeitungskopfs getrieben, und die Linse 16 wird mittels des Kugelschrauben/Mutter-Mechanismus 8 u. 8a bewegt, so daß für jede optische Weglänge ein für die Bearbeitung geeigneter Bereich geschaffen wird.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Tabelle T in dem nichtflüchtigen Speicher 24, die mit Positionen der Linse 2 verglichen mit optischen Weglängen geladen ist. Die Positionen der Linse 2 sind derart gespeichert, daß für die Bearbeitung geeignete Bereiche entsprechend optischen Weglängen 1 geschaffen werden. Demzufolge ändern sich die für eine Bearbeitung geeigneten Bereiche 1a bis 1b abhängig von den Eigenschaften des Laseroszillators und dem Material sowie der Dicke der zu bearbeitenden Werkstücke. Wenn die Konfiguration und die Eigenschaften des Laseroszillators 1 festgelegt sind, werden Positionen L der Linse 2 derart, daß sich der Bearbeitungspunkt für die optische Weglänge innerhalb des für eine Bearbeitung geeigneten Bereichs befindet, experimentell in Übereinstimmung mit der Dicke der Werkstücke aus jedem Material gewonnen, und die Tabelle T wird durch Laden der sich ergebenden Werte, wie in Fig. 3 gezeigt, vorbereitet.
Im einzelnen wird der für eine Bearbeitung geeignete Bereich in n Teile unterteilt, die von der minimalen optischen Weglänge bis zu der maximalen reichen, welche die Laserbearbeitungsmaschine bewältigen kann, d. h. von der untersten Grenze bis zu der obersten Grenze des Bereichs. Diese unterteilten optischen Weglängen 1 werden aufeinanderfolgend von einer Adresse 1 aus unter Priorität der Kürze des Wegs gespeichert, und es werden die Linsenpositionen L für die einzelnen Bereiche gespeichert. Wenn die optische Weglänge l kleiner als l&sub1; ist, wird die Linsenposition als L&sub1; gespeichert. Wenn die optische Weglänge von l&sub1; bis l&sub2; reicht, wird die Linsenposition als L&sub2; gespeichert. Wenn die optische Weglänge l durch die Beziehung li-1 < l ≤ li gegeben ist, wird die Linsenposition als Li gespeichert.
Tabellen T dieser Art werden für einige Bereiche des Materials und der Dicke der Werkstücke individuell vorbereitet und vorab in einem Hilfsspeicher, wie einer Floppy-Disk, gespeichert. Wenn das zu bearbeitende Werkstück und dessen Dicke festgelegt sind, wird die entsprechende Tabelle T in den nichtflüchtigen Speicher 24 mittels eines Diskettentreibers (nicht gezeigt) oder dgl. geladen. Alternativ dazu kann die Tabelle T durch Eingabe der Daten betreffend das zu bearbeitende Werkstück und dessen Dicke nach vorhergehendem Speichern solcher verschiedenartigen Tabellen in einem ROM ausgewählt werden.
hendem Speichern solcher verschiedenartigen Tabellen in einem ROM ausgewählt werden.
Im folgenden wird anhand des Flußdiagramms in Fig. 5 ein Laserbearbeitungsvorgang gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Es wird ein Block aus dem Bearbeitungsprogrammm ausgelesen, und es wird entschieden, ob dieser Block ein Block für einen Programmmbeendigungsbefehl ist oder nicht (Schritte S1 u. S2). Falls das Programm nicht beendet ist, wird auf der Grundlage eines Bewegungsbefehls des ausgelesenen Blocks eine interpolierende Operation ausgeführt, um einen Bewegungsbefehlswert für jede Achse zu gewinnen (Schritte S3 u. S4). Darauffolgend wird der Bewegungsbefehlswert für jede Achse zu einem Wert in einem Augenblickswertregister für jede Achse addiert, um dadurch den Koordinatenwert für jede Achse zu aktualisieren (Schritt 5). Dann wird die optische Weglänge l entsprechend den Koordinatenwert für jede Achse berechnet. Im einzelnen kann die optische Weglänge 1 durch Addieren der Koordinatenwerte der Achsen, für welche die optische Weglänge zu ändern ist, zu der optischen Weglänge für die Position des Nullpunkts gewonnen werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, sind die X- u. Y- Achsen diejenigen Achsen, für welche die optische Weglänge zu ändern ist, so daß die optische Weglänge l durch Addieren der jeweiligen Koordinatenwerte für die X- u. Y- Achsen zu der optischen Weglänge für die Position des Nullpunkts gewonnen werden kann (Schritt S6). Ebenso werden für weitere Achsen, für welche die optische Weglänge zu ändern ist, die Koordinatenwerte für die weiteren Achsen addiert.
Darauffolgend wird die optische Weglänge li aus einer Adresse i der Tabelle T in dem Speicher ausgelesen, die durch eine Kennzahl i gegeben ist, welche bei "1" initialisiert wird, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird (Schritt S7), und es wird entschieden, ob die optische Weglänge l, welche in Schritt S6 berechnet wurde, nicht länger als die ausgelesene optische Weglänge li ist oder nicht (Schritt S8). Wenn die Länge 1 nicht kleiner ist, wird die Kennzahl i um "1" erhöht (Schritt S9), und das Programm kehrt nach Schritt S7 zurück, woraufhin die optische Weglänge li ausgelesen wird. Danach werden die Verarbeitungsvorgänge der Schritte S7 bis S9 wiederholt. Wenn die berechnete optische Weglänge l nicht größer wird als die optische Weglänge li, die aus der Tabelle T ausgelesen ist, wird die optische Weglänge li-1 aus einer Adresse (i-1) ausgelesen, deren Kennzahl um "1" kleiner als die Kennzahl i in der Tabelle ist (Schritt S12), und es wird entschieden, ob die berechnete optische Weglänge l größer als die ausgelesene optische Weglänge li-1 ist oder nicht (Schritt S11) Falls die Länge 1 nicht größer ist, wird die Kennzahl i um "1" erniedrigt (Schritt S12), woraufhin das Programm nach Schritt S7 zurückkehrt. Das bedeutet, daß ein solcher Wert für die Kennzahl i (Adresse) aufgefunden wird, daß die berechnete optische Weglänge l zwischen den Werten li-1 u. li liegt, die in der Tabelle T in den Verarbeitungsvorgängen der Schritts S7 bis S12 gespeichert wurden (li-1 < l ≤ li). Wenn dieser Wert gefunden ist, wird die Linsenposition Li, welche unter dieser Adresse gespeichert ist, ausgelesen.
Darauffolgend wird eine Position Lr der Linse 2, die in einem Augenblickswertregister R gespeichert ist, ausgelesen (Schritt S13), und es wird ein Wert, der durch Subtrahieren des Werts der gegenwärtigen Position Lr von dem Wert der Linsenposition Li gewonnen ist, der aus der Tabelle T ausgelesen wurde, an die Servoschaltung 26 des Servomotors 11 geliefert, um dadurch den Servomotor 11 zu treiben, um die Linse 2 zu bewegen (Schritt S14). Dann wird der zuvor genannte Wert des Bewegungshubs (Li - Lr) zu dem Wert in dem Register R addiert, um den gegenwärtigen Wert zu aktualisieren (Schritt S15), und es wird entschieden, ob die Verteilung beendet ist oder nicht (Schritt S16). Wenn die Verteilung nicht beendet ist, kehrt das Programm nach Schritt S3 zurück. Wenn die Verteilung beendet ist, kehrt das Programm nach Schritt S1 zurück, woraufhin die zuvor genannten Verarbeitungsvorgänge ausgeführt werden, bis das Bearbeitungsprogrammm beendet ist.
Auf diese Weise kann durch Verändern des Orts der Linse 2 in Ubereinstimmung mit der optischen Weglänge eine gleichförmige Bearbeitung bewirkt werden, wobei der Bearbeitungspunkt fortlaufend innerhalb des für die Bearbeitung geeigneten Bereichs gehalten wird.
Obgleich in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die Linse mit großer Brennweite als das optische Kondensorelement zum Umwandeln der Ausbreitungscharakteristik des Laserstrahls benutzt wird, kann stattdessen irgendein anderes optische Kondensorelement benutzt werden, vorausgesetzt, daß es die gleiche Funktion wie die Linse 2 hat. Beispielsweise kann für diesen Zweck ein gekrümmter Reflektor benutzt werden. Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem dieser gekrümmte Reflektor benutzt wird. Der von dem Laseroszillator 1 ausgesendete Laserstrahl 3 wird unter einem Winkel von 90º reflektiert, mittels des gekrümmten Reflektors 18 verschmälert, ferner unter einem Winkel von 90º mittels eines Reflektors 19 reflektiert und als der Laserstrahl 4 mit einer umgewandelten Ausbreitungscharakteristik ausgegeben. Der gekrümmte Reflektor 18 und der Reflektor 19 können kombiniert sein, um ein optisches Kondensorelement zu bilden, so daß die gleiche Funktion wie diejenige der zuvor genannten Linse 2 durch Bewegen dieser optischen Komponenten 18 u. 19 mittels des Servomotors 11 und des Kugelschrauben/Mutter-Mechanismus 8 u. 8a erfüllt werden kann. Ferner können der gekrümmte Reflektor 18 und der Reflektor 19 in entgegengesetzter Weise ängeordnet sein (d. h. daß der Laserstrahl 3 aus dem Laseroszillator 1 unter einem Winkel von 90º mittels des Reflektors 19 reflektiert und nach seiner Verschmälerung mittels des Reflektors 18 ausgegeben wird). Bei jedem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele wird die Position des optischen Kondensorelements in bezug auf die optische Weglänge experimentell gewonnen und als eine Datenbasis gespeichert, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Alternativ dazu kann indessen die Position des optischen Kondensorelements in Übereinstimmung mit einem Näherungsausdruck auf der Grundlage der optischen Weglänge als eine Variable gewonnen werden.
Ferner ist der Bearbeitungskopf im Zusammenhang mit den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen als in den X- und Y-Achsen-Richtungen bewegbar beschrieben worden. Indessen kann die vorliegende Erfindung auch auf den Fall anwendbar sein, in dem der Bearbeitungskopf in der Richtung nur einer Achse oder in den Richtungen von drei oder mehr Achsen bewegbar ist, d. h. auf irgendeine Anordnung, in welcher sich die optische Weglänge ändert.
Obgleich der Kugelschrauben/Mutter-Mechanismus als das Mittel zum Bewegen des Bearbeitungskopfs, der Reflektoren, des optischen Kondensorelements usw. benutzt wird, kann ein solcher Mechanismus durch irgendeinen anderen Mechanismus ersetzt werden, z. B. durch einen Zahnstangen/Ritzel-Mechanismus zum Umsetzen einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung.

Claims

1. Laserbearbeitungsverfahren, bei dem ein Laserstrahl (3), der von einem Laseroszillator (1) erzeugt ist, zu einem Bearbeitungskopf (15) gesendet wird, welcher eine Kondensorlinse (16) hat, und der Bearbeitungskopf (15) bewegt wird, um ein Werkstück (14) einer Laserbearbeitung zu unterziehen, wobei

ein optisches Kondensorelement (2) zum Ändern der Laserausbreitungscharakteristik in einem Laserausbreitungsweg von dem Laseroszillator (1) zu der Kondensorlinse (16) vorgesehen ist und

das optische Kondensorelement (2) längs des Laseraus breitungswegs bewegt wird, um die Laserausbreitungscharakteristik zu ändern,

dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des optischen Kondensorelements (2) längs des Laserausbreitungswegs von der Änderung des Distanz für die Laserübertragung von dem Laseroszillator (1) zu der Kondensorlinse (16), so wie sich die Distanz mit der Bewegung des Bearbeitungskopfs (15) ändert, abhängt, so daß sich der Laserstrahl (4), welcher auf die Kondensorlinse (16) trifft, stets innerhalb eines geeigneten Be reichs für die Bearbeitung befindet.

2. Laserbearbeitungverfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Kondensorelement (2) aus einer Linse gebildet ist.

3. Laserbearbeitungverfahren nach Anspruch 1, bei dem das optische Kondensorelement (2) aus einem Reflektor (19) und einem gekrümmten Reflektor (18) gebildet ist.

4. Laserbearbeitungsvorrichtung, in der ein Laserstrahl (3), welcher von einem Laseroszillator (1) erzeugt ist, zu einem Bearbeitungskopf (15) zu senden ist, der eine Kondensorlinse (16) hat, und der Bearbeitungskopf (15) dazu bestimmt ist, sich zu bewegen, um ein Werkstück (14) einer Laserbearbeitung zu unterziehen, wobei die Vorrichtung ferner umfaßt:

ein optisches Kondensorelement (2) zum Ändern der Laserausbreitungscharakteristik, das in einem Laserausbreitungsweg zwischen dem Laseroszillator (1) und der Kondensorlinse (16) angeordnet ist, und

ein Antriebsmittel (11) zum Bewegen des optischen Kondensorelements (2) längs des Laserausbreitungswegs, um die Laserausbreitungscharakteristik zu ändern,

gekennzeichnet durch

ein Distanzberechnungsmittel (21) zum Berechnen der Distanz des Laserausbreitungswegs zwischen den Laseros zillator (1) und dem Bearbeitungskopf (15),

ein Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement zum Einstellen der Position des optischen Kondensorelements (2) in Übereinstimmung mit der Distanz, die durch das Distanzberechnungsmittel (21) be rechnet ist, so daß sich der Laserstrahl (4), welcher auf die Kondensorlinse (16) trifft, stets innerhalb eines geeigneten Bereichs für die Bearbeitung befindet, und

ein Antriebssteuermittel zum Steuern des Antriebsmittels (11), um das optische Kondensorelement (2) zu der Position zu bewegen, die durch das Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement eingestellt ist.

5. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement aus einem Speicher (24) gebildet ist, der mit der Position des optischen Kondensorelements in Übereinstimmung mit der Laserausbreitungsdistanz von dem Laseroszillator (1) zu dem Bearbeitungskopf (15) geladen ist.

6. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Positionseinstellmittel für das optische Kondensorelement aus einem Mittel zum Berechnen der Position des optischen Kondensorelements auf der Grundlage der Distanz des Laserausbreitungswegs von dem Laseroszillator (1) zu dem Bearbeitungskopf (15) gebildet ist.

7. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der das optische Kondensorelement (2) aus einer Linse gebildet ist.

8. Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der das optische Kondensorelement (2) aus einen Reflektor (19) und einem gekrümmten Reflektor (18) gebildet ist.