[發(fā)明專利]具有輔助控制裝置的激光加工系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210464747.3
• 申請(qǐng)日: 2012-11-16
• 公開（公告）號(hào): CN103121146A
• 公開（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 森敦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 發(fā)那科株式會(huì)社
• 主分類號(hào): B23K26/00
• 分類號(hào): B23K26/00;B23K26/42
• 代理公司: 北京銀龍知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11243
• 代理人: 許靜;郭鳳麟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光加工系統(tǒng)，特別涉及具有高速控制激光輸出的輔助控制裝置的激光加工系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年的激光加工系統(tǒng)由數(shù)值控制裝置（CNC：Computer?Numerical?Control）進(jìn)行控制，通過(guò)軟件的數(shù)字控制能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能。在這些激光加工系統(tǒng)中，通過(guò)激光電源裝置放電激勵(lì)激光介質(zhì)，或者從激勵(lì)光源對(duì)激光介質(zhì)照射激勵(lì)光，由此得到激光。通過(guò)聚光透鏡等把激光集中在加工物上的小的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行激光加工。

在這樣的系統(tǒng)中，把來(lái)自數(shù)值控制裝置的數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)后提供給激光電源裝置。激光電源裝置遵照模擬信號(hào)向激光介質(zhì)供給電能。由此在指令的定時(shí)輸出具有指令的強(qiáng)度的激光。從數(shù)值控制裝置以0.5～8[ms]的短的周期發(fā)送數(shù)字信號(hào)。把數(shù)字信號(hào)變換為模擬信號(hào)，向激光電源裝置發(fā)送。進(jìn)而激光介質(zhì)被激勵(lì)，進(jìn)行激光的照射。在多數(shù)情況下，從數(shù)字信號(hào)的發(fā)送到輸出激光在0.1[ms]內(nèi)完成。

向加工物照射激光來(lái)切斷加工物的的激光加工的過(guò)程如下所述。首先，使用于向加工物聚集激光的加工頭接近加工物的切斷開始點(diǎn)。在使加工頭和加工物之間的距離最佳化后，在加工物的切斷開始點(diǎn)進(jìn)行開孔加工（打孔）。開孔加工結(jié)束后使激光的照射位置向希望的方向移動(dòng)，進(jìn)行加工物的切斷。

這里，在加工物的激光加工中，在發(fā)生了異常的情況下，為了把加工物的損壞抑制到最小限度，需要迅速停止激光的輸出。激光加工中的異常能夠作為來(lái)自被照射了激光的加工物的加工點(diǎn)的異常的放射光檢測(cè)到。因此，公知通過(guò)來(lái)自加工點(diǎn)的放射光的發(fā)光強(qiáng)度檢測(cè)激光加工異常的技術(shù)（例如專利文獻(xiàn)1）。

使用圖1說(shuō)明現(xiàn)有的激光加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。遵照來(lái)自處理器1021的控制信號(hào)，I/O單元1024驅(qū)動(dòng)激光振蕩器1002。從激光振蕩器1002發(fā)射脈沖狀的激光1006。該激光1006由鏡子1003反射，向激光加工機(jī)1004發(fā)送。

在激光加工機(jī)1004內(nèi)設(shè)置用于固定加工物1008的工作臺(tái)1007和向加工物1008照射激光1006的加工頭1005。導(dǎo)入加工頭1005的激光1006被聚集在加工噴嘴1005a的附近來(lái)照射加工物1008。在激光加工機(jī)1004中設(shè)置用于在X軸、Y軸方向上對(duì)工作臺(tái)1007進(jìn)行移動(dòng)控制的伺服電動(dòng)機(jī)1009、1010。在激光加工機(jī)1004中還設(shè)置用于在上下方向上對(duì)加工頭1005進(jìn)行移動(dòng)控制的伺服電動(dòng)機(jī)1011。這些伺服電動(dòng)機(jī)1009～1011分別與伺服放大器1027～1029連接，遵照來(lái)自處理器1021的軸控制信號(hào)被旋轉(zhuǎn)控制。另外，對(duì)于激光加工機(jī)1004的指示通過(guò)輸入輸出端子1025進(jìn)行。在加工頭1005上安裝光量檢測(cè)裝置1012。該光量檢測(cè)裝置1012通過(guò)透鏡（未圖示）檢測(cè)在加工點(diǎn)（切斷點(diǎn)）產(chǎn)生的放射光，輸出與檢測(cè)到的光量成比例的大小的信號(hào)。該檢測(cè)信號(hào)通過(guò)放大器1013放大后輸入到把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的A/D變換器1026。向處理器1021輸入來(lái)自A/D變換器1026的輸出。

在加工物的切斷中，用光量檢測(cè)裝置1012檢測(cè)，讀取經(jīng)由放大器1013以及A/D變換器1026輸入的在加工點(diǎn)產(chǎn)生的光量。將該檢測(cè)光量與預(yù)先設(shè)定的加工異常的判斷基準(zhǔn)值進(jìn)行比較。如果檢測(cè)光量在判斷基準(zhǔn)值以下，則判斷為未發(fā)生加工異常。另一方面，如果檢測(cè)光量超過(guò)了判斷基準(zhǔn)值，則處理器1021輸出異常信號(hào)。經(jīng)由I/O單元1024關(guān)閉激光振蕩器1002的激光遮斷快門（未圖示），由此使加工停止。這里，直到根據(jù)光量檢測(cè)裝置1012檢測(cè)出的光量關(guān)閉激光遮斷快門為止，至少需要數(shù)毫秒～十幾毫秒。

如上述現(xiàn)有技術(shù)那樣，在捕捉通過(guò)照射激光產(chǎn)生的加工點(diǎn)的發(fā)光現(xiàn)象，控制激光的輸出的情況下，為了避免加工物的損壞，有時(shí)要求在0.5[ms]以內(nèi)執(zhí)行從檢測(cè)到異常到停止加工的工序的響應(yīng)速度。但是，如上所述，在現(xiàn)有技術(shù)中，從光量檢測(cè)裝置檢測(cè)到異常直到在激光輸出中反映出，需要數(shù)毫秒～十幾毫秒，存在可能造成加工物損壞的問(wèn)題。

但是，一般在激光切斷中，在未加工的加工物上，無(wú)法從最初就用切斷加工條件進(jìn)行激光切斷。即，在切斷前需要在切斷的開始點(diǎn)進(jìn)行開孔的開孔加工。首先，使激光加工頭接近加工物，在加工物上的最適合開孔加工的高度保持加工頭。這里，作為加工物的代表的材料的銅、黃銅、鋁合金，對(duì)于在高輸出激光中使用的包含紅外區(qū)域的光的反射率高。當(dāng)聚光點(diǎn)相對(duì)于加工物的位置不最優(yōu)時(shí)，加工物表面反射的激光損壞激光振蕩器的鏡子或激勵(lì)用光纖等。并且，光束傳送用的導(dǎo)管或者鏡子、透鏡、光纖也有可能破損。因此，需要在把聚光點(diǎn)的位置定位在最優(yōu)的位置后照射激光。