JP2023553511A - 加工物をレーザ切削し、加工物部分を製造するための装置および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
- 製造する加工物部分の少なくとも1つの所定の輪郭に従って、少なくとも1つの加工物平面における機械加工レーザビームの少なくとも1つの運動軌跡を決定するための決定モジュールと、
- メモリユニットであって、メモリユニットから、切削ヘッド運動ユニットの運動パラメータ、レーザビーム運動ユニットの運動パラメータ、および所定の輪郭からの切削輪郭の偏差のパラメータから選択される少なくとも1つの所定のパラメータを読み出すことができる、メモリユニットと、
- メモリユニットから読み出すことのできる少なくとも1つの所定のパラメータに基づいて、切削ヘッドを介した機械加工レーザビームの運動に、レーザビーム運動ユニットを介した機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を重ね合わせることによって、運動軌跡を調節するための最適化モジュールと
を含む。
- 制御ユニットの決定モジュールを用いて、製造する加工物部分の少なくとも1つの所定の輪郭に従って、少なくとも1つの加工物平面において機械加工レーザビームの少なくとも1つの運動軌跡を決定するステップと、
- 制御ユニットの最適化モジュールを用いて、メモリユニットから読み出すことのできる少なくとも1つの所定のパラメータに基づいて、切削ヘッドを介した機械加工レーザビームの運動に、動的レーザビーム運動ユニットを介した機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を重ね合わせることによって、運動軌跡を調節するステップと、
- 少なくとも200W、好ましくは少なくとも1kWの電力で機械加工レーザビームを発生させ、機械加工レーザビームを用いて加工物を切削するステップと、
- 調節された運動軌跡に従って、切削ヘッドを介して機械加工レーザビームを加工物上で運動させ、レーザビーム運動ユニットを介して、少なくとも機械加工レーザビームの伝搬方向に垂直な機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を行うステップと
を含む。
Claims (22)
- 加工物(12)をレーザ切削し、加工物部分を製造するための装置(10;100)であって、
切削ヘッド(20)であって、
前記切削ヘッドが、少なくとも200W、好ましくは少なくとも1kWの電力で機械加工レーザビーム(24)を発生させるためのレーザ源用のインターフェース(22)と、前記機械加工レーザビームのための出口開口(26)と、前記インターフェースと前記出口開口との間のレーザビーム光学部品(28)とを有し、
前記レーザビーム光学部品(28)が、少なくとも前記機械加工レーザビームの伝搬方向に垂直な前記機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を生じさせるための少なくとも1つの動的レーザビーム運動ユニット(30)を有する、切削ヘッド(20)と、
前記切削ヘッド(20)を介して前記加工物(12)上で前記機械加工レーザビームの運動を行うための切削ヘッド運動ユニット(32)と、
前記切削ヘッド運動ユニット(32)および前記レーザビーム運動ユニット(30)を制御するための制御ユニット(34)と
を有し、
前記制御ユニットが、
- 製造する前記加工物部分の少なくとも1つの所定の輪郭(X,Y)に従って、少なくとも1つの加工物平面における前記機械加工レーザビームの少なくとも1つの運動軌跡(X,Y)を決定するための決定モジュール(36)と、
- メモリユニット(38)であって、前記メモリユニットから、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の運動パラメータ、前記レーザビーム運動ユニット(30)の運動パラメータ、および前記所定の輪郭からの切削輪郭の偏差のパラメータから選択される少なくとも1つの所定のパラメータを読み出すことができる、メモリユニット(38)と、
- 前記メモリユニット(38)から読み出すことのできる前記少なくとも1つの所定のパラメータに基づいて、前記切削ヘッド(20)を介した前記機械加工レーザビームの運動に、前記レーザビーム運動ユニット(30)を介した前記機械加工レーザビームの前記高周波ビーム整形運動を重ね合わせることによって、前記運動軌跡(X,Y)を調節するための最適化モジュール(40)と
を含み、
前記最適化モジュール(40)が、前記切削ヘッド運動ユニット(32)と前記レーザビーム運動ユニット(30)との間で前記機械加工レーザビームの前記運動軌跡(X;Y)を重複して分割することによって、前記運動軌跡を最適化するように構成されている
ことを特徴とする装置(10;100)。 - 請求項1に記載の装置であって、前記最適化モジュール(40)が、特に少なくとも1つの所定のパラメータを予め決めるために、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の前記運動パラメータ、前記レーザビーム運動ユニット(30)の前記運動パラメータ、および前記所定の輪郭からの切削輪郭の偏差のパラメータから選択される少なくとも1つのパラメータを調節および/または最適化するように構成されていることを特徴とする装置。
- 請求項1または2に記載の装置であって、前記切削ヘッド運動ユニットの前記運動パラメータが、
- 前記切削ヘッド運動ユニットの動的限界(DG)、
- 前記所定の輪郭の角における前記切削ヘッド運動ユニットの丸み付け公差(VT)、および
- 前記所定の輪郭の半径における前記切削ヘッド運動ユニットの丸み付け公差(VT)
から選択される少なくとも1つのパラメータであることを特徴とする装置。 - 請求項1~3のいずれか1項に記載の装置であって、前記レーザビーム運動ユニットの前記運動パラメータが、
- 前記レーザビーム運動ユニットの動的限界(DG)、および
- 前記レーザビーム運動ユニットにより発生させることのできる前記機械加工レーザビームの最大運動振幅
から選択される少なくとも1つのパラメータであることを特徴とする装置。 - 請求項1~4のいずれか1項に記載の装置であって、前記所定の輪郭(X,Y)からの切削輪郭の偏差のパラメータが、
- 推定偏差、
- 測定偏差から得られるパラメータ、
- 前記所定の輪郭の角における前記切削輪郭の丸み付け、
- 前記所定の輪郭の半径における前記切削輪郭の丸み付け、
- 切り口の推定表面欠陥(OD)、および
- 切り口の測定表面欠陥から得られたパラメータ
から選択される少なくとも1つのパラメータであることを特徴とする装置。 - 請求項1~5のいずれか1項に記載の装置であって、前記運動軌跡を調節するための前記最適化モジュール(40)が、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の少なくとも1つの増大した丸み付け公差(VT)に基づいて設計され、結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差を補償するためのものであることを特徴とする装置。
- 請求項1~6のいずれか1項に記載の装置であって、前記運動する切削ヘッド(20)の運動学的挙動を表す機械モデル(MM)が、前記メモリユニット(38)に格納され、前記切削ヘッドの運動の状態データを、前記切削ヘッド運動ユニットの運動パラメータとして推定し、および結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をさらなるパラメータとして推定し、
前記最適化モジュール(40)が、前記機械モデルを読み取るために前記メモリユニット(38)とデータ通信する
ことを特徴とする装置。 - 請求項1~7のいずれか1項に記載の装置であって、前記最適化モジュールが、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の少なくとも1つの増大した動的限界(DG)に基づいて前記運動軌跡を調節するように設計されていることを特徴とする装置。
- 請求項1~8のいずれか1項に記載の装置であって、レーザ切削プロセスを表し、前記レーザ切削プロセスの状態データおよび結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をパラメータとして推定するプロセスモデルが、前記メモリユニット(38)に格納され、
前記最適化モジュール(40)が、前記プロセスモデルを読み取るために前記メモリユニットとデータ通信する
ことを特徴とする装置。 - 請求項1~9のいずれか1項に記載の装置であって、前記制御ユニット(34)が、所定の2次元および/または3次元リサージュ図形のデータベースを含み、前記レーザビーム運動ユニット(30)が、前記データベースに基づいて、1つのリサージュ図形または2つ以上のリサージュ図形の組合せの形態の焦点振動経路上において前記機械加工レーザビームの焦点の高周波振動を誘発するように設計されている
ことを特徴とする装置。 - 請求項1~10のいずれか1項に記載の装置であって、切り口の表面欠陥、特に引っかき傷を、前記所定の輪郭(X,Y)からの前記切削輪郭の偏差のパラメータとして測定するために、前記メモリユニット(38)にデータ伝送方式で接続された検出装置(50)が、前記切削ヘッド(20)上または前記切削ヘッド(20)内に設けられ、および/または、
切り口の表面欠陥、特に引っかき傷を推定するためのモデル(MOD)が、前記メモリユニット(38)に格納され、前記モデルが、表面欠陥(OD)および結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をパラメータとして推定し、
前記最適化モジュール(40)が、表面欠陥を推定するための前記モデルを読み取るために、前記メモリユニットとデータ通信する
ことを特徴とする装置。 - 少なくとも200W、好ましくは少なくとも1kWの電力で機械加工レーザビームを発生させるためのレーザ源(60,62)が、インターフェース(22)に設けられている、請求項1~11のいずれか1項に記載の、加工物をレーザ切削し、加工物部分を製造するための装置(10;100)を用いて、加工物(12)をレーザ切削し、加工物部分を製造するための方法であって、
- 制御ユニット(34)の決定モジュール(36)を用いて、製造する加工物部分の少なくとも1つの所定の輪郭(X,Y)に従って、少なくとも1つの加工物平面において機械加工レーザビーム(24)の少なくとも1つの運動軌跡を決定するステップ(S1)と、
- 前記制御ユニット(34)の最適化モジュール(40)を用いて、メモリユニットから読み出すことのできる少なくとも1つの所定のパラメータに基づいて、切削ヘッド(20)を介した前記機械加工レーザビームの運動に、動的レーザビーム運動ユニット(30)を介した前記機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を重ね合わせることによって、前記運動軌跡を調節するステップ(S2)と、
- 少なくとも200W、好ましくは少なくとも1kWの電力で前記機械加工レーザビーム(24)を発生させ、前記機械加工レーザビームを用いて前記加工物を切削するステップ(S3)と、
- 調節された運動軌跡(X°,Y°)に従って、前記切削ヘッド(20)を介して前記機械加工レーザビーム(24)を前記加工物上で運動させ、前記レーザビーム運動ユニット(30)を介して、少なくとも前記機械加工レーザビームの伝搬方向に垂直な前記機械加工レーザビームの高周波ビーム整形運動を行うステップ(S4)と
を含み、
前記調節するステップが、切削ヘッド運動ユニット(32)と前記レーザビーム運動ユニット(30)との間で前記機械加工レーザビーム(24)の前記運動軌跡(X;Y)を重複して分割することによって、前記運動軌跡を最適化することを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項12に記載の方法であって、特に少なくとも1つの所定のパラメータを予め決めるために、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の運動パラメータ、前記レーザビーム運動ユニット(30)の運動パラメータ、および前記所定の輪郭からの切削輪郭の偏差のパラメータから選択される少なくとも1つのパラメータが調節および/または最適化されることを特徴とする方法。
- 請求項12または13に記載の方法であって、前記調節が、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の少なくとも1つの増大した丸み付け公差(VT)に基づいて行われ、結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差を補償することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項12~14のいずれか1項に記載の方法であって、前記運動する切削ヘッド(20)の運動学的挙動を表す機械モデル(MM)が、前記メモリユニット(38)に格納され、前記切削ヘッドの運動の状態データを、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の運動パラメータとして推定し、および結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をさらなるパラメータとして推定し、
前記調節が、前記機械モデルを前記メモリユニットから読み取って前記最適化モジュール(40)に読み込むことを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項12~15のいずれか1項に記載の方法であって、前記調節が、前記切削ヘッド運動ユニット(32)の少なくとも1つの増大した動的限界(DG)に基づいて行われることを特徴とする方法。
- 請求項12~16のいずれか1項に記載の方法であって、前記メモリユニット(38)がプロセスモデルを格納し、前記プロセスモデルが、レーザ切削プロセスを表し、前記レーザ切削プロセスの状態データおよび結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をパラメータとして推定し、
前記調節が、前記プロセスモデルを前記メモリユニットから読み取って前記最適化モジュールに読み込むことを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項12~17のいずれか1項に記載の方法であって、前記制御ユニット(34)が、所定の2次元および/または3次元リサージュ図形のデータベースを含み、前記レーザビーム運動ユニット(30)が、前記データベースに基づいて、1つのリサージュ図形または2つ以上のリサージュ図形の組合せの形態の焦点振動経路上において前記機械加工レーザビームの焦点の高周波振動を誘発する
ことを特徴とする方法。 - 請求項12~18のいずれか1項に記載の方法であって、前記メモリユニット(38)にデータ伝送方式で接続された検出装置(50)が、前記切削ヘッド(120)上または前記切削ヘッド(120)内に設けられ、前記検出装置が、切り口の表面欠陥、特に引っかき傷を、前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差のパラメータとして測定し、および/または、
前記切り口の表面欠陥、特に引っかき傷を推定するためのモデル(MOD)が、前記メモリユニット(38)に格納され、前記モデルが、表面欠陥および結果として生じる前記所定の輪郭からの前記切削輪郭の偏差をパラメータとして推定し、
前記調節が、表面欠陥を推定するための前記モデルを前記メモリユニット(38)から読み取って前記最適化モジュール(40)に読み込むことを含む
ことを特徴とする方法。 - 請求項12~19のいずれか1項に記載の方法であって、前記方法が、前記決定モジュール(36)によって決定された前記少なくとも1つの運動軌跡を用いて行われた、先行する前記加工物のレーザ切削の後に実行されることを特徴とする方法。
- 特に決定モジュールおよび最適化モジュールから選択される少なくとも1つの要素を特に含むプログラムモジュールが装置のメモリにロードされたときに、請求項12~20のいずれか1項に記載の方法のステップを、請求項1~11のいずれか1項に記載の装置に実行させる、1つ以上のプログラムモジュールを含むことを特徴とするコンピュータプログラム製品。
- 請求項21に記載のコンピュータプログラム製品が格納されることを特徴とするコンピュータ可読媒体。
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