專利名稱：激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種波形控制型激光加工裝置。
在將脈沖激光束投射到工件上以進行例如焊接或切割操作的激光加工裝置中，迄今為止已經(jīng)使用了下述技術(shù)，即，通過可變地控制脈沖激光束的激光能量的波形或者相應的預定電參數(shù)的波形來適應各種加工需要。
在這類波形控制系統(tǒng)中，一個理想的用于波形控制的基準波形被事先設置并輸入到激光加工裝置中。激光加工裝置包括一激光振蕩單元，能夠響應來自激光能量供應單元的電能供應，振蕩和輸出激光束；還包括一個激光控制(單元)，用于在開環(huán)控制系統(tǒng)或一閉環(huán)(反饋)控制系統(tǒng)中以隨時間而改變的方式提供一種對激光能量供應單元的控制，也即，使自激光振蕩單元振蕩和輸出的激光束的激光能量波形，或是激光能量供應單元的預定電參數(shù)的波形與基準波形相一致。
參考圖21至23描述了一種在這類傳統(tǒng)激光加工裝置中設定基準波形的典型方法。
傳統(tǒng)裝置中具有一個如圖21所示的設定模式屏，其中有多個階段，例如三個發(fā)光階段“發(fā)光1”，“發(fā)光2”，“發(fā)光3”以及兩個冷卻階段“冷卻1”，“冷卻2”被準備做為用于確定單脈沖激光束基準波形的波形元素項。
在一預定的時間區(qū)間(如0～20ms)內(nèi)的理想時間被設定并輸入到發(fā)光階段“發(fā)光”，并從二種不同模式[A,B]之中選擇一種激光能量值。這里，激光能量值模式[A,B]與激光能量相對應，在激光能量供應單元之中被表示為設定電壓，并在同一模式設定屏上的單獨的設定項中被設定為理想的電壓值。在所示的例子中，設定A=300V,B=500V。在預定的區(qū)間(例如0～20ms)內(nèi)的時間僅被設定和輸入到冷卻階段“冷卻”中。
圖22示出了與圖21的設定值相對應的基準波形的波形圖。圖23A至23D示出了基準波形圖的其他實例。在一般應用情況下，通常象圖23的例子那樣通過連續(xù)地使多個發(fā)光階段“發(fā)光”相連而不插入冷卻階段“冷卻”來采用一種單脈沖波形。
應注意，在圖21中為了便于說明，將可被設定并在模式設定屏幕中輸入的項用虛線圍起來。對于與基準波形的設定無直接關系的項則不予說明。
如前所述，在傳統(tǒng)的激光加工裝置中，用戶(操作者)事先設定多個不同的激光能量值模式[A,B]的理想值以將各激光能量值模式分配給各發(fā)光階段，從而為激光能量波形控制設定基準波形。
對于這種設定系統(tǒng)，如果激光能量模式的量很少，例如只有[A,B]二種，則可被設定的基準波形圖案的形狀就受到限制，使得在處理不同類形的工件時會遇到困難。
通過增加激光能量值模式的數(shù)量來解決該問題則反過來會導致設定輸入操作復雜化的問題，從而加重的用戶方面的負擔。
雖然在工作材料相同而厚度不同時也需要改變激光能量值，但對于具有相同材料的工件來說，選用的基準波形圖案通常是相同或相似的。例如，工件厚度的增加會導致激光能量值的增加。
在這一方面，要想將具有相同波形形狀的基準波形的激光能量值總量提高15％，則上述傳統(tǒng)激光加工裝置要求用戶自己為各激光能量值模式[A,B]指明15％的增加量(新的設定值)，并將所獲得的新設定值在模式設定屏上輸入(圖21)，這樣，既便是在只改變一個激光能量值模式的情況下，操作工作也是很麻煩的。
如上所述，為增加基準波形形狀的自由度而增加激光能量值模式數(shù)量的做法將會使使用者操作上的不便進一步增加。
此外由于傳統(tǒng)激光加工裝置并不在屏上顯示任何所設定的基準波形的波形形狀，所以使用者需要在其頭腦中從波形元素項的設定值中想像一個理想的波形圖，或是另外由用戶在紙上實際畫一張波形圖，這將導致在設定和改變基準波形時花費更多的時間。
此外，由于基準波形的前沿和后沿被設置成僅有垂直而無傾斜，所以不可能隨意調(diào)整在激光加工過程中的加熱速率和冷卻速率。
本發(fā)明是著眼于上述存在于本發(fā)明中的問題而進行的，因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種激光加工裝置，通過簡單的用戶操作，能夠為激光輸出或相應電參數(shù)的波形控制設置具有不同波形圖案形式的基準波形。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種激光加工裝置，可以對已設定的用于波形控制的基準波形進行方便、自由的改動。
本發(fā)明的再一個目的是提供一激光加工裝置，使激光輸出波形的上升/下降可被設成任意波形，并在激光加工中保證可對加熱速率或冷卻速率按照所期望的那樣進行調(diào)整。
為了達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種激光加工設備，包括用于振蕩和輸出脈沖激光束的激光振蕩裝置；用于向激光振蕩裝置提供用于激光振蕩所需電能的激光能量供應裝置；用于為脈沖激光束的激光輸出或相應的激光能量供應裝置的電參數(shù)設定基準值的基準值設定裝置；波形段設定裝置，用于以相對于基準值的比值的形式設定多個波形段的激光輸出值或電參數(shù)值，所述的多個波形段構(gòu)成用于對脈沖激光束的激光輸出和電參數(shù)進行波形控制的基準波形；基準波形發(fā)生裝置，用于在由基準值和相對于波形段的基準值的比的基礎上產(chǎn)生的表示基準波形的波形數(shù)據(jù)，所述基準值是由基準值設定裝置設定的，而波形段是由波形段部分設定的；以及波形控制裝置，用于以下述方式提供一種對激光能量供應裝置控制，即脈沖激光束的激光輸出或電參數(shù)與由基準波形發(fā)生裝置施加的基準波形相一致。
在激光加工裝置中，波形段設定裝置最好包括脈沖階段設定裝置，用于將基準波形的脈沖寬度劃分和設置成多個時間階段，每個時間階段具有一段任意長度的時間；及比例設定裝置，用于以相對于激光輸出基準值的比值的形式設定各時間階段的激光輸出值或電參數(shù)值。
在激光加工裝置中，基準波形發(fā)生裝置最好包括用于獲得基準波形的上升波形段的上升段發(fā)生裝置，基準波形的上升波形段由多個階段中的第一階段的時間，和第二階段的時間、激光輸出比或電參數(shù)比，以及基準值得出。
在激光加工裝置中，基準波形發(fā)生裝置可以包括用于獲得基準波形的下降波形段的下降段發(fā)生裝置，該下降波形段從多個階段中的倒數(shù)第二個階段的時間和激光輸出比或電參數(shù)比，以及基準值和最后一個階段的時間得出。
激光加工裝置最好是還包括一個設定值顯示裝置，用于顯示基準值和該階段的時間，激光輸出比或電參數(shù)比的設定值。
激光加工裝置最好還包括基準波形圖顯示裝置，用于顯示表示基準波形的波形形狀的基準波形圖。
在激光加工裝置中，基準波形圖顯示裝置可以在被脈沖階段設定裝置設定的多個階段的時間，以及已由比例設定裝置設定的各階段的激光輸出比或電參數(shù)比的基礎上獲得基準波形圖。
在激光加工裝置中，波形段設定裝置可以包括通過點時間設定裝置，用于在基準波形的波形上設置多個通過點的時間；及比例設定裝置，用于以相對于基準值的比值的形式設定各通過點的電參數(shù)值或激光輸出值。
在激光加工裝置中，基準波形發(fā)生裝置最好包括用于獲得基準波形的上升波形段的上升段發(fā)生裝置，所述上升波形段是從多個通過點中的第一點的時間、激光輸出比例或電參數(shù)比例，以及基準值得出。
在激光加工裝置中，基準波形發(fā)生裝置最好包括用于獲得基準波形的下降波形的下降波形生成器，下降波形段是從時間，和多個通過點中的倒數(shù)第二個點的激光輸出比或電參數(shù)比，以及從最后一個通過點的時間和基準值中獲得的。
激光加工裝置最好是還包括設定值顯示裝置，用于顯示激光輸出基準值和時間設定值，所述通過點的激光輸出比或電參數(shù)比。
激光加工裝置最好還包括基準波形圖顯示裝置，用于顯示表示基準波形的波形形狀的基準波形圖。
在激光加工裝置中，基準波形圖顯示裝置可以在已被通過點時間設定裝置設定的多個通過點的時間，以及在已被比例設定裝置設定的各點的激光輸出比或電參數(shù)比的基礎上獲得基準波形圖。
根據(jù)本發(fā)明的激光加工裝置，利用設定輸入方式，可設定或輸入用于脈沖激光束及其對應的電參數(shù)的基準值，并以相對于基準值的比的形式設定和輸入組成激光輸出波形或電參數(shù)波形的多個波形段中的激光輸出值或電參數(shù)值。用于波形控制的基準波形可以在基準值，波形段的激光輸出比或電參數(shù)比的基礎上獲得。
此外，設定的基準波形的波形形狀可以以波形圖的形式出現(xiàn)在屏幕上，借此，通過簡單的用戶操作，就能將用于波形控制的基準波形設定為各種波形形狀，并且對已經(jīng)設定的用于波形控制的基準波形進行方便自由的改變。
還可以將激光輸出波形或電參數(shù)波形的升/降段設置成任意形狀，以便在激光加工中的加熱速率和冷卻速率可隨意調(diào)整。
本發(fā)明的上述和其他目的、方面、特征和優(yōu)點通過下面結(jié)合基準附圖所做的描述將變得更加清楚，其中

圖1是透視圖，示出了本發(fā)明一實施例的激光加工裝置的外形；圖2是局部放大了的頂視圖，以放大的比例示出了根據(jù)一實施例的激光加工裝置的操作面板的外形圖；圖3是示出了根據(jù)一實施例的激光加工裝置的配置的簡圖；圖4是示出了根據(jù)一實施例由激光加工裝置的CPU和存儲器控制的各功能裝置的配置情況的簡圖；圖5示出了實施例中的裝置所顯示的各主屏幕之間的關系及它們之間的相關轉(zhuǎn)換情況；圖6示出了根據(jù)實施例，在固定(FIX)模式下，在“方案”屏幕上所顯示的內(nèi)容的一個實例。
圖7示出了根據(jù)實施例，在自由(FREE)模式下，在“方案”屏上所顯示的內(nèi)容的一個實例；圖8示出了根據(jù)一實施例，在“狀態(tài)”屏幕上所顯示的內(nèi)容的一個實例；圖9示出了根據(jù)一實施例，在“功率監(jiān)視器”屏幕上所顯示的內(nèi)容的一個實例；圖10示出了在實施例的“方案”模式下由CPU進行的一個主加工流程；圖11示出了在實施例的“方案”模式中“+”鍵輸入顯示處理的過程；圖12示出了在實施例的“方案”模式中“-”鍵輸入顯示處理的過程；圖13示出了在實施例的“方案”模式(FIX模式)下鍵輸入執(zhí)行處理的過程；圖14用圖表方式示出了在實施例的FIX模式下，所設定的數(shù)值數(shù)據(jù)的存儲位置的一個實例；圖15示出了在實施例的FIX模式下基準波形的波形形狀的一個實例；圖16A和16B示出了在實施例的FIX模式下顯示在“方案”屏幕上的基準波形的波形圖與激光輸出基準值之間的關系；圖17A和17B示出了根據(jù)實施例，在對基準波形設定后對波形圖進行顯示的功能；圖18A至18F示出了基準波形的波形圖樣的一個例子，該基準波形可以在實施例的固定模式中加以設定；圖19以圖表方式示出了在實施例的自由模式下所設定的數(shù)值數(shù)據(jù)的存儲位置的例子；圖20示出了在實施例的FREE模式下基準波形的波形形狀的實例；圖21示出了在傳統(tǒng)激光加工裝置中使用的模式設定屏幕的實例；圖22示出了在傳統(tǒng)激光加工裝置中使用的用于波形控制的基準波的波形形狀；圖23A至23D示出了可在傳統(tǒng)激光加工裝置中設定的基準波形的波形形狀的實例。
下面結(jié)合示出本發(fā)明優(yōu)選實施例的圖1至圖20來對本發(fā)明進行說明。
圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的激光加工裝置的外部結(jié)構(gòu)。圖1是整個裝置的透視圖，圖2是該裝置操作面板的局部放大前視圖。
參見圖1，激光加工裝置包括組合成一體的上外殼10和下外殼12。上外殼10中裝有激光振蕩單元，控制器，用于進行多點加工的激光分束單元等。上外殼10的前表面帶有例如一操作面板14，面板14上包括一顯示器和各種鍵開關和一組用發(fā)光顯示方式提示電能供應、高壓供應、充電完成等狀態(tài)的發(fā)光二極管15。在上外殼10的頂表面帶有例如多個孔(開口)16，多個用于多點加工的光纖從孔中延伸穿過，還有一個用于安裝光纖維的可開/閉蓋18。
下外殼12中裝有電能供應單元，其包括電源部件、外接端和斷路器；冷卻單元包括水箱、泵、熱交換器、離子交換樹脂、過濾器和外部管道連接端等。下外殼12帶有一個門形式的前面板20。
參見圖2，操作面板14在其中部有一個平板顯示器，即，一液晶顯示器22，在顯示器下方設有多個功能鍵24至28，在此實施例中，功能鍵以光標鍵24(24a至24d)，“+”鍵26，“-”鍵28，確認(entry)鍵30，菜單鍵32，啟動按鈕34，復位按鈕36和停機按鈕38的形式出現(xiàn)。
光標鍵24(24a至24d)用于在垂直和水平方向在屏幕上移動光標，這樣，按動鍵24a和24d可使光標按鍵上的箭頭所示的方向移動。
“+”鍵26和“-”鍵28均為數(shù)據(jù)輸入鍵，如將在后面所描述的那樣，用于進行數(shù)據(jù)項的數(shù)值(十進制數(shù))輸入，選定開/關項的開或關狀態(tài)，以及選定固定/自由項的固定或自由狀態(tài)等。
確認鍵30用于將在光標位置處顯示的數(shù)據(jù)做為已建立好的設定數(shù)據(jù)加以輸入。菜單鍵32是用于選定裝置的屏幕模式的鍵。
啟動按鈕34用于啟動裝置以發(fā)射脈沖激光束。當產(chǎn)生故障時，復位按鈕36用于取消顯示在屏幕22上的“故障”屏幕(未示出)。停機按鈕38是一個在緊急狀態(tài)下使用的按鈕，當該鈕按下時，高壓切斷，這樣冷卻單元也停止工作。
圖3為示出激光加工裝置配置的簡圖，本發(fā)明的激光加工裝置包括激光振蕩單元40，激光能量供應單元42，激光冷卻單元44，控制器46和輸入輸出接口單元48。
激光振蕩單元40包括做為激發(fā)光源的激發(fā)燈52以及做為激光介質(zhì)的YAG桿54，二者均設置在室50內(nèi)；還有一對光諧振鏡56和58，它們均設置在室50外的YAG桿54的光軸上。
當激發(fā)燈52被點亮時，其光能激發(fā)YAG桿54，使光沿光軸自YAG桿54的兩端發(fā)射，在光諧振鏡56和58之間反復反射以便放大并做為脈沖激光束LB通過輸出反射鏡56。在通過輸出鏡56后，脈沖激光束LB被送到激光分束單元(未示出)，在該單元，光束被分成多個脈沖激光分束。脈沖激光分束隨后經(jīng)過相關的光纖(未示出)被饋送到一位于加工地的相關發(fā)射單元，這樣光束就能自相關發(fā)射單元入射到工件上。
激光能量供應單元42包括存儲提供給激光振蕩單元40的激光振蕩存儲電能的電容器60；充電電路62，通過將普通三相交流電(U,V,W)轉(zhuǎn)化成直流電，將電容器60充電到預定直流電壓；晶體管64，用做轉(zhuǎn)換元件，其連接在激光振蕩單元40的激發(fā)燈52與電容器60之間；驅(qū)動電路66，用于以高的頻率(例如10KHz)切換晶體管64。
激光冷卻單元44用于向激光振蕩單元40外幅射由激光振蕩單元40的YAG桿54和激發(fā)燈52產(chǎn)生的熱。激光冷卻單元44被構(gòu)造成可向激光振蕩單元40供應冷卻介質(zhì)，如，被控制在一預定溫度的冷卻水CW。
控制器46包括CPU70(微處理器)，用于對整個裝置或其各單元的工作提供控制；存儲器72，用于存放各種程序，在這些程序下，CPU執(zhí)行預定加工、各種設定數(shù)據(jù)或計算數(shù)據(jù)；各種用于測定與激光能量供應單元42相應的電參數(shù)或脈沖激光束LB的激光輸出的測量裝置74,76,78,80和82。
在這些測量裝置中，一激光輸出測量裝置74帶有光傳感器，用于接收漏射到光諧振鏡58后方的激光束LB’；及測量電路，用于根據(jù)來自光學傳感器的電信號輸出探測脈沖激光束LB的激光輸出，所獲得的激光輸出測量值SL被饋送到CPU70。
電壓測量電路76經(jīng)電壓檢測線78電連接至激發(fā)燈52的兩端，以便測量例如由電能供應單元42施加至激發(fā)燈52的電壓有效值(燈電壓)，所獲得的燈電壓測量值SV被送到CPU70。電流測量電路80從電流傳感器接收電流探測信號，以便測量提供給激發(fā)燈52的電流I的有效值，所述電流傳感器可以例如是霍爾CT82，其與電能供應單元42的燈電流供應電路相連接。所獲得的燈電流測量值SI被送到CPU70。
CPU70將一個充電控制信號CF提供給電能供應單元42的充電電路62，用以對電容器60充電至一設定電壓值，CPU70還向驅(qū)動電路66提供一開關控制信號SW以進行波形控制。
在本實施例的波形控制中，CPU70通過將用于波形控制的預先定義的基準波形與來自激光輸出測量單元74的激光輸出測量值SL，來自電壓測量電路76的燈電壓測量值SV，或來自電流測量電路80的燈電流測量值SI，或從燈電壓測量值SV和燈電流測量值SI獲得的燈功率測量值SP(SV·SI)進行比較以找到一個比較誤差。于是CPU70產(chǎn)生一個例如脈沖寬度控制信號形式的開關控制信號SW以消除比較誤差。
這樣的反饋控制系統(tǒng)提供的控制使得從激光振蕩單元40振蕩輸出的脈沖激光束LB的激光輸出或與激光能量供應單元42相應的電參數(shù)(燈電流，燈功率，燈電壓)與對各波形進行控制的基準波形相一致。
輸入/輸出接口單元48包括輸入單元84，顯示單元86和通信接口(I/F)電路88。輸入單元84以位于操作面板14上的一組鍵開關的形式設置，同時顯示單元86以一組位于裝置前表面的發(fā)光二極管和顯示器22的形式設置。所述I/F電路88用于與外部裝置或單元進行數(shù)據(jù)交換。
也可以以一個獨立于該加工裝置本體的單元(程序單元)的形式設置操作面板14。在這種情況下，程序單元帶有CPU70，存儲器72，輸入單元84和顯示單元86，且程序單元通過通訊電纜與該加工裝置本體電聯(lián)接。
圖4是示出了由此實施例中的CPU70和存儲器72控制的各功能裝置的配置情況的簡圖。如圖所示，CPU70和存儲器72包括輸入緩沖單元90，控制信號發(fā)生單元92，算術(shù)單元94，數(shù)據(jù)管理單元96，測量值存儲單元98，設定值存儲單元100，圖形格式存儲單元102和顯示輸出單元104。
輸入緩沖單元90取得并暫時保存將被輸入到CPU70中的數(shù)據(jù)，例如從輸入單元84的設定數(shù)據(jù)，來自通訊接口電路88的外部數(shù)據(jù)，來自冷卻單元44或測量電路74,76和80的測量值數(shù)據(jù)。
算術(shù)單元94執(zhí)行CPU70所需的所有算術(shù)處理，控制信號發(fā)生單元92自CPU70向外部產(chǎn)生所有的控制信號。數(shù)據(jù)管理單元96管理在CPU70和存儲器72中保存和移動的所有數(shù)據(jù)。
測量值存儲單元98保存輸入到CPU70的測量值數(shù)據(jù)，而設定值存儲單元100保存輸入CPU70的設定值數(shù)據(jù)或通過位于CPU70內(nèi)的算術(shù)單元獲得的設定值數(shù)據(jù)。
圖形格式存儲單元102存儲了表示格式化圖形的數(shù)據(jù)，其顯示的內(nèi)容在出現(xiàn)于顯示器22上的各種圖形中保持固定。顯示輸出單元104將表示變量(例如來自數(shù)據(jù)管理單元96的設定值)的圖形疊加到由圖形格式存儲單元102給定的格式化圖形上，以構(gòu)成一組合屏幕并將該組合屏幕上的圖形數(shù)據(jù)提供作為顯示單元86上的輸出。
現(xiàn)在參考圖5至圖20說明在本實施例的激光加工裝置中，用于設定可進行波形控制的基準波形的功能。
圖5示出了顯示本實施例的顯示器22上的各主要屏幕間的相互關系，以及各屏幕之間的相互轉(zhuǎn)換。
本實施例的三個主要屏幕是“方案”屏幕①，“狀態(tài)”屏幕②，以及“功率監(jiān)視器”屏幕③。在“方案”屏幕①上，用戶將所希望的設定值輸入到各設定項中；在“狀態(tài)”屏幕②上顯示了該加工裝置內(nèi)主要狀態(tài)信息；在“功率監(jiān)視器”屏幕③上顯示最近發(fā)射的脈沖激光束LB的激光輸出測量值。“方案”屏①是其中特別重要的一個。
三個屏幕①,②和③可以通過操作菜單鍵32實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，更具體地說，在出現(xiàn)“方案”屏幕①的情況下按動菜單鍵32時，可以切換到“狀態(tài)”屏幕②。在出現(xiàn)“狀態(tài)”屏幕②的情況下按動菜單鍵32可切換到“功率監(jiān)視器”屏幕③。在出現(xiàn)“功率監(jiān)視器”屏幕③的狀態(tài)下按動菜單鍵32可切換到“方案”屏幕①。
此外，在出現(xiàn)“方案”屏幕①的情況下按動啟動按鈕34時，發(fā)射出一脈沖激光束LB，緊接著在切換到“功率監(jiān)視器”。
圖6和7通過一實例示出了“方案”屏幕所顯示的內(nèi)容，本實施例的“方案”屏幕具有二個屏幕設定模式，即，一個固定模式(圖6)和一個自由模式(圖7)。
當通過鍵輸入操作(將在后面描述)在屏幕最頂部處屏幕模式選定項表中指定“固定”模式時，如圖6所示出現(xiàn)一個“固定”(FIX)模式屏幕。而當選擇“自由”模式時，如圖7所示出現(xiàn)一個“自由”模式屏幕。對有關本設備“方案”屏幕的功能和動作將在下面做更為詳盡的描述。
圖8通過實例說明了“狀態(tài)”屏幕所顯示的內(nèi)容，“狀態(tài)”屏幕顯示了用于多點加工的多個(例如六個)脈沖激光分束(束1到束6)的光閘(shutter)開/閉狀態(tài)、在激光輸出波形控制中選定的當前反饋參數(shù)(激光功率/燈功率/燈電流)以及其他主要狀態(tài)信息。
圖9通過實例示出了“功率監(jiān)視器”屏幕所顯示的內(nèi)容，“功率監(jiān)視器”屏幕上顯示了最近發(fā)射的脈沖激光束LB的能量(J)和平均功率(W)的測量值等。
通常，與一次按下啟動按鈕的操作相呼應，在以特定的循環(huán)中按照在方案模式下已預先設定的次數(shù)重復發(fā)射脈沖激光束LB。
顯示在“功率監(jiān)視器”屏幕上的能量測量值“能量”是在例如最近發(fā)射的脈沖中的一個典型的脈沖的測量值。平均輸出測量值“平均值”是通過將每一脈沖的能量測量值“能量”與一周期的次數(shù)相乘而得到的值，所述周期的次數(shù)，即為每單位時間內(nèi)脈沖重復發(fā)射的次數(shù)(REPEAT)。
在“功率監(jiān)視器”屏幕上，當將屏幕最頂部的波形選擇項MW指定為“開”時，如圖9所示，在屏幕的右半部區(qū)域出現(xiàn)一個表示當前發(fā)射的脈沖激光束LB的激光輸出波形的波形圖。該波形圖是在來自激光輸出測量單元74的激光輸出測量值SL的基礎上，通過CPU70中的算術(shù)單元94處理后的理想數(shù)據(jù)而獲得的。該波形圖被存儲到測量值存儲單元98中。
當在波形選擇項MW中指定“關”時，雖然在圖中并未示出，但在屏幕的右半部區(qū)域會出現(xiàn)表示在“方案”屏幕上已設定的基準波形的波形圖。
下面參照圖6、圖7和圖10至20，說明有關本加工裝置的“方案”屏幕的功能和動作。
圖10示出了在“方案”屏幕模式下由CPU70完成的主要處理過程。圖11,12，和13分別說明了主過程中“+”鍵的輸入過程，“-”鍵的輸入過程以及鍵輸入執(zhí)行過程。
圖14以圖表方式示出了在本實施例的固定(FIX)模式下設定數(shù)據(jù)值存儲位置的一個實例，而圖15示出了在固定(FIX)模式下基準波形的波形形式的一個實例。圖16A和16B示出了顯示在固定(FIX)模式屏幕上的基準波形的波形圖與激光輸出基準值之間的關系。圖17A和17B示出了在本實施例中設定基準波形之后，波形圖顯示功能。圖18A至18F通過實例示出了可在固定模式下設定的基準波形的波形形式。圖19以圖表方式示出了在本實施例的自由模式中設定值數(shù)據(jù)存儲位置的一個實例，而圖20示出了在自由模式下基準波形的波形格式的一個實例。
如上面所提到的，當在“功率監(jiān)視器”屏幕狀態(tài)下在按下菜單鍵32時，CPU進入如圖10所示的“方案”模式。
當進入歸劃模式時，CPU首先在顯示器22上顯示“方案”屏幕，該屏幕在最近的方案模式(步驟B1)完成之前被立即顯示。因而，要么如圖6所示顯示固定(FIX)模式下的“方案”屏幕，要么如圖7所示顯示自由(FREE)模式的“方案”屏幕。
在如此顯示的“方案”屏幕上，用戶可以利用操作面板14上的一組鍵和按鈕24至28在該加工裝置上輸入所希望的設定值或執(zhí)行動作指令。(步驟B2)。
應注意，在圖6和圖7中，為便于說明，允許進行輸入設置的項在模式設定屏幕上被用虛線框起來。這些虛線在實際屏幕是看不見的。在圖6至圖9中，用中空的或粗線表明的數(shù)字數(shù)據(jù)為各種測量值，且不能由鍵輸入方式設置或改變。
例如，如果希望將屏幕從自由(FREE)模式“方案”屏幕(圖7)切換到固定(FIX)模式“方案”屏幕(圖6)，則將光標移位到屏幕第一行的屏幕模式選項的數(shù)據(jù)輸入位置，并隨后按下“+”鍵26。
然后，該加工裝置執(zhí)行“+”鍵輸入顯示過程(步驟B3)，在這過程中(圖11)，判斷光標是否處于固定/自由位置，這樣，光標位置顯示就從“自由”(FREE)處變化到“固定”(FIX)處(步驟C2)。此外，表明光標處于固定(FIX)位置的數(shù)據(jù)被暫時保存起來。
然后當用戶按下確認鍵30時，該加工裝置執(zhí)行鍵輸入執(zhí)行過程(步驟B5)，這樣，顯示屏幕就從自由(FREE)模式下的“方案”屏(圖7)切換到固定(FIX)模式下的方案屏(圖6)(相反的轉(zhuǎn)換如圖13中步驟E3)。于是如圖14所示，表明當前設置的屏幕模式為固定(FIX)模式的數(shù)據(jù)或標志就被存儲到一個預定存儲地址A2當中。該地址位于設定值存儲單元100中的預定區(qū)域上(圖14)。
此外，在用戶希望將用于為一幅屏幕管理一組設定數(shù)值的卷標或方案號設置成“03”的情況下，可將光標鍵24移動到屏幕首行中位于方案號設定項SCH.#處的數(shù)據(jù)輸入位置上，這樣，通過操作“+”鍵26或“-”鍵28，就能將方案號設定為所希望的值“03”。
在“+”鍵每次被按下時，裝置執(zhí)行“+”鍵輸入顯示過程(步驟B3)，同時每次當“-”鍵被按下時，裝置執(zhí)行“-”鍵輸入顯示過程(步驟B4)。由于光標位于數(shù)字值輸入位置上，因此光標位置處的數(shù)字值通過那些輸入鍵顯示過程逐一遞增或遞減更新，這樣，更新后的數(shù)字值就被顯示在屏幕上，同時數(shù)字值被保存在一適當?shù)拇鎯^(qū)或寄存器上(步驟C5和D5)。
當方案號顯示已如上所述達到“03”時，用戶可以按下確認鍵30。與該確認鍵相對應，CPU70執(zhí)行輸入鍵執(zhí)行過程(步驟B5)。在此，方案號被確認為“03”(步驟E7)，這樣，設定值“03”數(shù)據(jù)就被存入到位于設定值存儲單元100內(nèi)的一預定存儲地址A1上(圖14)。
為了對用于波形控制的基準波形進行設定輸入，在FIX模式下，所期望的數(shù)字值被設定并輸入到激光輸出基準值“峰值(PEAK)”的各項以及各波形元素“↑斜坡”，“發(fā)光1”，“發(fā)光2”，“發(fā)光3”和“↓斜坡”之中。
可以對任何激光輸出值進行設定并以KW為單位輸入到所有上述輸入項中的激光輸出基準值“峰值”當中。應當理解的是，通常可以選定一些值，例如10,20,50,100,1000等，這些值適合于在激光輸出最大值附近做為比例計算基準，所述激光輸出最大值是賦與準備在該方案號下發(fā)射的脈沖激光束LB的。
此外，在上升階段“↑斜坡”和下降階段“↓斜坡”中僅設定和輸入時間。而在發(fā)光階段“發(fā)光1”，“發(fā)光2”和“發(fā)光3”中以相對于激光輸出基準值“峰值”比值的形式以及各階段時間的形式設定和輸入各階段的激光輸出值并設定和輸入時間。
雖然各階段的時間和激光輸出比可以被設定為任何任意值，但只要它們是從實際應用出發(fā)來設定的，就會有一定的范圍限制內(nèi)。例如，整個波形的時間長度(脈沖寬度)可以是從0.05ms至30.0ms，而比例可以是從0％至200％。
數(shù)字值輸入到用于設定基準波形的設定項中。用戶將光標移動到各輸入項的數(shù)據(jù)輸入位置上，按動“+”鍵26或“-”鍵28以設定一個理想數(shù)值并按確認鍵30。響應這些鍵操作，CPU70執(zhí)行數(shù)字鍵輸入顯示和設定過程，并且所述設定過程同上述對方案號設定項SCH.#的設置相同，同時將所輸入的設定值數(shù)據(jù)輸入到設定值存儲單元100中的預定存儲地址中(圖24)。
在圖6所示的設置實例中，激光輸出基準值“峰值”被設置為10.0KW而發(fā)光階段“發(fā)光1”，“發(fā)光2”和“發(fā)光3”的激光輸出比分別被設定為100.0％,25.0％和50.0％。這意味著發(fā)光階段“發(fā)光1”，“發(fā)光2”和“發(fā)光3”中的激光輸出值KW轉(zhuǎn)換成KW后分別被設為10.0KW,2.5KW和5.0KW。
在對上述波形元素項進行數(shù)字值設定的過程中(步驟E7)，CPU70產(chǎn)生了用于波形控制的基準波形和用于顯示的基準波形圖。
如在圖15中所看到的，在FIX模式下的基準波形包括與上升階段↑斜坡相對應的上升波形段Ls，同第一發(fā)光階段“發(fā)光1”，第二發(fā)光階段“發(fā)光2”，第三發(fā)光階段“發(fā)光3”相應的第一，第二，第三平波形段L1,L2和L3，以及同下降階段“↓斜坡”相應的下降波形段Le。
首先，關于作為顯示之用的基準波形圖，所述上升波形段Ls和所述第一平波形段L1是從上升階段“↑斜坡”的時間ts，第一發(fā)光階段“發(fā)光1”的時間t1以及激光輸出比r1同時獲得的。此后，以此方式，后序波形段與前面波形段相連，第二平波形段L2由第二發(fā)光階段“發(fā)光2”的時間t2和激光輸出比r2推導出來，第三平波形段L3從第三發(fā)光階段“發(fā)光3”和激光輸出比r3推導出來，且所述下降波形段Le是從下降階段“↓斜坡”的時間te中推導出的。
以此方式獲得的基準波形圖數(shù)據(jù)被存放在設定值存儲單元100中的預定存儲區(qū)域中。
用于波形控制的原始基準波形圖是通過用按上述方式產(chǎn)生的基準波形圖的激光輸出比r去乘以激光輸出基準值“峰值”而獲得的。
用于波形控制的基準波形的基準波形數(shù)據(jù)也存儲在設定值存儲單元100中的預定存儲區(qū)內(nèi)。于是當脈沖激光束LB被發(fā)射時，CPU70把用于進行波形控制的基準波形數(shù)據(jù)當做基準數(shù)據(jù)。在控制信號發(fā)生裝置92或算術(shù)單元94中起反饋波形控制的作用。
如圖6所示，可以在FIX模式下以基準波形圖的方式將所設置和輸入的基準波形的波形形狀顯示在屏幕上。當希望看到基準波形圖時，用戶可將光標移動到位于屏幕之上的第二行中由一圖形符號表示的圖形開/關選擇項的數(shù)據(jù)輸入位置，并按動“+”鍵26。
響應于該鍵的操作，CPU70執(zhí)行該“+”鍵輸入顯示過程(步驟B3)并將光標位置顯示置于“開”上(步驟C4)。然后當用戶按下確認鍵30時，CPU70執(zhí)行“+”鍵輸入顯示過程(步驟B5)，除了進行“開”設置之外，還將基準波形圖顯示在屏幕的預定區(qū)域上(屏幕右半側(cè)區(qū)域)(步驟E6，圖6上半部的圖形“開”屏幕)。
由于設定值按從“↑斜坡”開始如上所述“發(fā)光1”，“發(fā)光2”…的次序依次被輸入到各波形元素項之中，基準波形的各波形段Ls,L1,L2…可依次獲得。此后圖形隨著生成過程被顯示到屏幕上。
這使得用戶能夠在較短的時間內(nèi)生成其目標波形圖，同時根據(jù)被依次輸入到波形元素輸入項中的設定值，通過顯示在屏幕上的波形圖來驗證基準波形形成過程的狀態(tài)?？梢暂p易和隨意地改變已完成的基準波形的波形段L。
在對波形段L進行改變的情況下，用戶將光標移向相關波形元素項的數(shù)據(jù)位置處。此時，利用圖形格式存儲單元102和顯示輸出單元104，CPU70以可辨別的方式顯示了基準波形圖中與光標所處的相關波形元素項相應的波形段L。在圖17A中以虛線形式顯示出來(或是用一種特別的顏色)。
當想要從屏幕上清除基準波形圖時，用戶將光標移動到圖形開/關選定項的數(shù)據(jù)輸入位置，按下“-”鍵26(顯示“關”)，然后按下確認鍵30。
在不顯示基準波形圖時，取而代之顯示在屏幕右半?yún)^(qū)域上的是關于每單位時間內(nèi)重復次數(shù)，“重復”(REPEAT)，由一次啟動操作發(fā)射的脈沖激光束LB的總數(shù)“發(fā)射”(SHOT)，有關各脈沖的激光功率監(jiān)視器值(上限和下限)由“高”和“低”(HIGH和LOW)，用以判斷正?；虿徽！?br> 在這些與發(fā)射條件和監(jiān)控條件有關的輸入項中可以輸入所希望的設定值(數(shù)字值)，輸入是利用光標鍵24、“+”鍵26，“-”鍵28和確認鍵30等來完成的。
在屏幕的最底部總顯示著有關“高電壓”HV、主(光諧振器)光閘和導引光束“位置”的開/關選項。關于這些選項，其“開/關”設置可以用與由圖形符號指定的前述圖形開/關選項同樣的鍵操作來完成。
如上所述，在本實施例中固定模式下設置的基準波形由上升波形段Ls，多個平波形段，例如三個平波形段L1,L2，和L3，以及下降波形段Le組成。
上升的波形，即其中的上升波形段Ls可以被調(diào)整為具有所希望的角度和上升時間，可以通過將上升階段“↑斜坡”的時間s以及第一發(fā)光階段“發(fā)光1”的激光輸出比r1設定為適當值來實現(xiàn)。
關于上升之后的波形段(L1,L2,L3)，通過選定合適的值做為時間(t1,t2,t3)和發(fā)光階段“發(fā)光1”，“發(fā)光2”，和“發(fā)光3”的激光輸出比(r1,r2,r3)的設定值來選擇不同的波形。
下降的波形，即波形的下降段可被調(diào)整為具有理想的傾斜角和下降時間，通過選定適當?shù)闹底鰹樽詈笠淮伟l(fā)光階段“發(fā)光3”的激光輸出比r3和下降段“↓斜坡”的時間te的設定值來實現(xiàn)的。
圖18A至18F通過實例示出了可在本實施例的固定模式下設定的其他波形形狀。
可以認識到，圖18F的圖形形狀實例可以利用5個發(fā)光階段“發(fā)光”來生成。盡管以此方式增加了發(fā)光階段“發(fā)光”的數(shù)量，各階段的激光輸出值仍被設置為相對于激光輸出基準值“峰值”的比。此外，基準波形圖被顯示在屏幕上，從而方便用戶將各階段中的波形段與其他階段中的波形段進行比較，或是確定各自在整個基準波形中的權(quán)重，這樣，用戶就能在屏幕上生成具有理想波形形狀的基準波形。
應注意，盡管在FIX模式下增加了發(fā)光階段“發(fā)光”的數(shù)目，但同樣可以使用將在后面描述的FREE模式中的滾屏功能。
基準波形各段的激光輸出可以通過各階段波形段的激光輸出比r與激光輸出基準值“峰值”的乘積得到。如果用戶希望隨工件厚度的變化而改變脈沖激光束LB的整個波形的激光輸出，則僅需改變激光輸出基準值“峰值”的設定值就足夠了，而無需分別修改基準波形的各段的激光輸出值。
在這種情況下，如圖16A和16B所示，只有激光輸出基準值“峰值”的設定值在“方案”屏幕上變化，而顯示在屏幕上的基準波形圖的波形形式?jīng)]有變化。換句話說，雖然用于波形控制的基準波形中的各部分的激光輸出值有變化，但由于波形的各段具有相同的百分比值，所以用于圖形表達的基準波形沒有變化。
也可以像前面所提到的那樣，通過改變各發(fā)光階段的激光輸出比r的值來局部地改變各段的激光輸出。
下面將在此實施例中對自由(FREE)模式進行說明。
在自由模式中，如圖7所示，為設置和輸入用于波形控制的基準值，除了設置激光輸出基準值“峰值”之外，時間t和激光輸出比r被設置到多個波形通過點“點1”，“點2”，“點3”，“點4”…中的輸入項中。
大量的可設定波形通過點，如20個被準備好，盡管一次在屏幕上只能顯示5個點，但所有的波形通過點可以借助屏幕滾動系統(tǒng)顯示出來。當希望向下滾動屏幕時，用戶將光標設置在位置上，并按動光標鍵24c以便向下運動，當希望屏幕向上滾動時，用戶將光標設置到▲位置并按下光標鍵24a以產(chǎn)生向上運動。該裝置在光標移動處理中(步驟B6)執(zhí)行屏幕滾動。
在自由模式中，數(shù)字值被輸入到各輸入項中以設置基準波形。用戶將光標移動到各輸入項的數(shù)據(jù)輸入位置，并操作“+”鍵26或“-”鍵28以設定所期望的數(shù)字值并按下確認鍵30。響應這些鍵操作，CPU70如前所述以與FIX模式下相似的方式執(zhí)行數(shù)字值的輸入顯示和設定過程，并將這些輸入的設定數(shù)值數(shù)據(jù)存儲到所述設定值存儲單元100內(nèi)的一預定存儲地址上(圖19)。
在圖7的設定實例中，激光輸出基準值“峰值”設定為10.0KW，同時5個波形通過點“點1”，“點2”，“點3”，“點4”，“點5”的時間和激光輸出比[t,r]分別被設置成[5ms,90％],[7ms,70％],[12ms,88％],[15ms,68％]和[18ms,0％]。通常，0％被賦給結(jié)束基準波形的最后一個點的激光輸出比r。
參照圖20，F(xiàn)REE模式下的基準波形被確定為一條連接多個波形通過點“點1”，“點2”…的線圖，所述通過點已經(jīng)在具有表示時間的X軸和表示百分比％值的Y軸的坐標系上設定和輸入。
該基準波形的上升段，即上升波形段由第一點“點1”的時間和激光輸出比(t1,r1)確定。下降波形段由倒數(shù)第二點(圖7中實例的“點4”)的時間和激光輸出比(t4,r4)以及最后一點(“點5”)的時間t5確定。在上升波形段和下降波形段之間的中部波形段是通過對所有的點“點1”，“點2”等的坐標的組合來自由選定的。通過增加點的數(shù)量可以生成一條近似于曲線的更為精確的波形圖。
在FREE模式下，基準波形圖首先從百分比％值表達中得到，此后，該基準波形圖的各點的激光輸出比r與激光輸出基準值“峰值”相乘以獲得用于波形控制的基準波形。
這樣獲得的用于波形控制的基準波形上的數(shù)據(jù)和基準波形圖均分別被存儲在設定值存儲單元100內(nèi)的預定存儲區(qū)中。在FREE模式下，通過將用圖形符號表示的圖形開/關選項指定為“開”，可實現(xiàn)在屏幕上看到以基準波形圖形式表現(xiàn)的所設定和輸入的基準波形的波形圖形狀(圖7)。
當用戶希望局部修改曾經(jīng)設定過的基準波形時，可將光標移動到相關點POINT的數(shù)據(jù)位置。此時，與光標所在處的點相應的波形圖點以可辨識的方式顯示，例如以在圖17B中所示的發(fā)光顯示(或以一特定的顏色進行顯示)。
雖然已對優(yōu)選實施例做了上述描述，但本發(fā)明并不限于上述實施例，而是可以在其技術(shù)涵義的范圍內(nèi)進行各種修改或改變。例如可使用鼠標或輸入臺來進行設定值的輸入。
為了設定用于波形控制的基準波形，上述實施例設定和輸入了激光輸出基準值“峰值”，用于脈沖激光束的激光輸出的波形段或波形元素數(shù)據(jù)(t,r)。然而，對于與脈沖激光束的激光輸出相應的電參數(shù)如激光能量供應單元42的燈電流，燈電壓或燈功率，也可以用與上述實施例相同的方式設置和輸入所期望的基準值和波形元素數(shù)據(jù)。在此情況下，根據(jù)所設定和輸入的電參數(shù)的類型在“方案”屏幕上能可轉(zhuǎn)換地顯示基準值“峰值”的單位(A,V,W)。
本發(fā)明并不限于上述實施例，在本發(fā)明的精神和實質(zhì)的范圍內(nèi)可做出其他各種修改。
權(quán)利要求
1．一種激光加工裝置，包括用于振蕩和輸出脈沖激光束的激光振蕩裝置；用于為激光振蕩裝置提供激光振蕩用的電能的激光能量供應裝置；基準值設定裝置，用于為所述脈沖激光束的激光輸出設定基準值，或為相應的所述激光能量供應裝置的電參數(shù)設定基準值；波形段設定裝置，用于以相對于所述基準值的比值的的形式設定多個波形段的激光輸出值或電參數(shù)值，以構(gòu)成所述脈沖激光束的激光輸出或所述電參數(shù)的波形控制用的基準波形；基準波形發(fā)生裝置，用于在基準值的基礎上和相對于波形段的所述基準值比的基礎上，產(chǎn)生表示所述基準波形的波形數(shù)據(jù)，所述基準值由所述基準值設定裝置設定，而所述相對于波形段的所述基準值的比由所述波形段設定裝置設定；和使所述激光能量供應裝置能按以下方式進行控制的波形控制裝置，所述方式即為所述脈沖激光束的激光輸出或所述電參數(shù)同由所述基準波形發(fā)生裝置施加的所述基準波形相一致。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其中，所述波形段設定裝置包括脈沖階段設定裝置，用于將所述基準波形的脈沖寬度劃分和設置成分別具有任意長時間的多個階段；及比例設定裝置，用于以相對于所述激光輸出基準值的比值的形式設定各所述階段的激光輸出值或電參數(shù)值。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形發(fā)生裝置包括用于獲得所述基準波形上升波形段的上升段發(fā)生裝置，所述上升波形段從多個階段中的第一階段的時間，第二階段的時間、激光輸出比或電參數(shù)比，及基準值得出。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形發(fā)生裝置包括下降段發(fā)生裝置，用于獲得所述基準波形的下降波形段，所述下降波形段從多個階段中的倒數(shù)第二個階段的時間、激光輸出比或電參數(shù)比，以及所述基準值和最后一個階段的時間得出。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，進一步包括用于顯示所述基準值和所述階段的時間、所述激光輸出比或電參數(shù)比的設定值的設定值顯示裝置。
6．根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光加工裝置，進一步包括基準波形圖顯示裝置，用于顯示表示所述基準波形的波形形狀的基準波形圖。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形圖顯示裝置在多個階段的時間和各階段的激光輸出比或電參數(shù)比的基礎上獲得所述基準波形圖，所述多個階段的時間由所述脈沖階段設定裝置設定，而各階段的電參數(shù)比或激光輸出比由所述比例設定裝置設定。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光加工裝置，其中，所述波形段設定裝置包括通過點時間設定裝置，用于在所述基準波形的波形上設定多個通過點的時間；以及比例設定裝置，用于以相對于所述基準值的比值形式設定各所述通過點的激光輸出值或電參數(shù)值。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形發(fā)生裝置包括上升段發(fā)生裝置，用于獲得所述基準波形的上升波形段，所述上升段波形從多個通過點中的第一點的時間、激光輸出比或電參數(shù)比以及所述的基準值得出。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形發(fā)生裝置包括下降段發(fā)生裝置，用于獲得所述基準波形的下降波形段，所述下降段波形從各通過點中倒數(shù)第二個通過點的時間、激光輸出比或電參數(shù)比，以及最后通過點的時間和所述基準值得出。
11．根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工裝置，包括設定值顯示裝置，用于顯示所述基準值，所述通過點的時間、激光輸出比或電參數(shù)比的設定值。
12．根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光加工裝置，包括基準波形圖顯示裝置，用于顯示表示所述基準波形的波形形狀的基準波形圖。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光加工裝置，其中，所述基準波形圖顯示裝置在由所述通過點時間設定裝置設定的多個通過點的時間的基礎上，以及在由所述比例設定裝置設定的各點的電參數(shù)比或激光輸出比的基礎上獲得所述基準波形圖。
全文摘要
在顯示器顯示的“方案”屏幕上,用戶通過鍵輸入完成所需的設定值輸入或工作指令。期望值數(shù)據(jù)設定和輸入到激光輸出基準值“峰值”項及“↑斜坡”、“發(fā)光1”、“發(fā)光2”,“發(fā)光3”的:“↓斜坡”等各波形項。在裝置內(nèi)部,根據(jù)輸入的設定值可以獲得用于波形控制的基準波形圖和用于顯示的基準波形圖。波形控制的基準波形圖作為激光輸出波形控制的基準值。用于顯示的基準波形圖響應預定的鍵操作而顯示在屏幕的預定區(qū)域。
文檔編號B23K26/00GK1236690SQ9910237
公開日1999年12月1日 申請日期1999年2月24日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月24日
發(fā)明者佐佐木晴樹, 川村浩二 申請人:宮地技術(shù)株式會社