【技术实现步骤摘要】
加工条件设定装置和三维激光加工系统
本专利技术涉及一种加工条件设定装置和三维激光加工系统。详细地说，涉及一种在用于对具备三维形状的被加工对象物(工件)进行焊接、切割等加工的激光加工系统中在激光加工前设定激光加工条件的加工条件设定装置以及基于所设定的激光加工条件进行激光加工的三维激光加工系统，所述激光加工条件包括加工头相对于工件的相对移动条件以及与加工头相对于工件的相对移动连动的至少激光输出条件。
技术介绍
在对具备三维形状的工件进行激光加工的情况下，需要使例如由机械手把持着的加工头的前端与工件的加工表面保持规定的距离(间隙)，并且改变加工头的姿势，将加工头的轴保持为规定的角度。在进行这样的激光加工的情况下，起初采用在实际地移动加工头的同时进行示教等方法，但条件设定需要非常多的工时。因此，也通过利用工件、激光加工机的CAD数据进行动作模拟来设定动作程序。但是，在对具备三维形状的工件进行激光加工的情况下，包括加工头的姿势变化在内，加工头相对于工件的相对移动速度以各种方式变化，工件的加工表面上的加工点的移动速度也以各种方式变化。很明显地，如果工件的加工表面上的加工点的移动速度变化，则激光输出等必须连动地变化才能够得到恰当的加工结果。并且，在具备三维形状的工件中，根据加工点不同，工件的壁厚等也变化。即，在工件的壁厚厚的部分，由于工件自身的导热使得通过激光照射而输入的热扩散来进行散热，因此加工点的温度容易下降等这样的热特性条件也对激光加工结果产生影响。因此，考虑加工头相对于工件的相对移动条件以及工件的壁厚、工件的导热率...
【技术保护点】
1.一种加工条件设定装置，具备：/n移动状态模拟部，其使用包括材质信息的工件的三维CAD数据以及至少包括加工头的外形形状和从所述加工头射出的激光的光轴相对于所述加工头的所述外形形状的相对位置的信息的所述加工头的三维CAD数据，将在虚拟空间内由所述工件的所述三维CAD数据定义的所述工件的加工表面与所述加工头的所述光轴的交点作为加工点，在所述加工头在所述虚拟空间内沿着加工线以所述加工头的所述光轴相对于穿过所述加工点的垂直于所述加工表面的法线及所述加工线保持规定的角度且所述加工头的激光射出侧端面与所述加工点之间的距离保持规定的距离的状态相对于所述工件相对地移动的条件下，对至少包括所述加工头相对于所述工件的相对位置、相对移动速度的时间变化的状态在内的所述加工头的移动状态进行模拟，其中，所述材质信息中定义有至少包括导热率、比热以及密度的热物理性质，所述加工线是被设定为所述加工头相对于所述工件相对地移动时的所述加工点的轨迹的加工线；/n热流体模拟部，其实施非稳定热流体模拟，所述非稳定热流体模拟用于求出根据射出激光的所述加工头的移动而变化的、至少包括所述工件的一部分的区域的温度分布；以及/n加工条件...
【技术特征摘要】
20181030 JP 2018-2041571.一种加工条件设定装置，具备：
移动状态模拟部，其使用包括材质信息的工件的三维CAD数据以及至少包括加工头的外形形状和从所述加工头射出的激光的光轴相对于所述加工头的所述外形形状的相对位置的信息的所述加工头的三维CAD数据，将在虚拟空间内由所述工件的所述三维CAD数据定义的所述工件的加工表面与所述加工头的所述光轴的交点作为加工点，在所述加工头在所述虚拟空间内沿着加工线以所述加工头的所述光轴相对于穿过所述加工点的垂直于所述加工表面的法线及所述加工线保持规定的角度且所述加工头的激光射出侧端面与所述加工点之间的距离保持规定的距离的状态相对于所述工件相对地移动的条件下，对至少包括所述加工头相对于所述工件的相对位置、相对移动速度的时间变化的状态在内的所述加工头的移动状态进行模拟，其中，所述材质信息中定义有至少包括导热率、比热以及密度的热物理性质，所述加工线是被设定为所述加工头相对于所述工件相对地移动时的所述加工点的轨迹的加工线；
热流体模拟部，其实施非稳定热流体模拟，所述非稳定热流体模拟用于求出根据射出激光的所述加工头的移动而变化的、至少包括所述工件的一部分的区域的温度分布；以及
加工条件设定部，其基于由所述移动状态模拟部和所述热流体模拟部得到的模拟结果，在实际的激光加工前预先设定至少包括所述加工头的相对移动条件和激光输出条件的激光加工条件。
2.一种三维激光加工系统，具备：
根据权利要求1所述的加工条件设定装置；
激光装置，其具有：至少一个激光振荡器；电源部，其向所述激光振荡器供给用于激光振荡的电力；激光光学系统，其用于使从所述激光振荡器射出的激光传播至所述加工头；至少一个光检测单元，其能够检测在所述激光光学系统中传输的来自所述激光振荡器的激光输出光和在所述激光光学系统中向与所述激光输出光相反的方向传输的返回光中的至少一方的光；以及控制部，其至少接收来自所述加工条件设定部和所述光检测单元的输出信号，并输出至少包括针对所述电源部的电力输出指令的控制信号；以及
驱动装置，其接收来自所述控制部的控制信号，使所述加工头相对于所述工件相对地移动。
3.根据权利要求2所述的三维激光加工系统，其特征在于，
具备至少一个能够检测所述返回光的所述光检测单元，
在所述控制部根据由所述光检测单元检测出的所述返回光的检测结果而判定为需要抑制所述返回光的光量的情况下，从所述控制部向所述电源部和所述驱动装置输出所述控制信号，使得至少暂时地变更由所述加工条件设定部预先设定的激光加工条件，变更所述激光输出条件和所述加工头相对于所述工件的所述相对移动速度这两方的激光加工条件，来满足所述加工点的温度或所述加工点的附近的所述工件的温度能够维持为接近目标温度的温度的条件。
4.根据权利要求2或3所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备测距单元，所述测距单元能够测量所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离，
所述控制部具有如下的功能：在实际地进行激光加工时，基于由所述测距单元得到的测量结果，来对基于所述加工头移动模拟的结果预先设定的所述激光加工条件中的至少所述加工头的所述相对移动条件进行校正。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
还具备温度检测单元，所述温度检测单元能够检测在激光加工时沿着所述加工线移动的所述加工点的温度和所述加工点的附近的所述工件的表面温度中的至少一方的温度，
所述控制部具有如下的功能：当在以由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件对所述工件进行激光加工中的某个时间点、由所述温度检测单元检测出的检测温度与预测温度之间产生温度差的情况下，所述控制部根据所述温度差来对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件中的至少一部分进行校正，其中，所述预测温度是针对由所述加工条件设定装置设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的与所述某个时间点对应的时间点所对应的位置预测出的温度，
所述激光装置以校正后的激光加工条件继续进行激光加工。
6.根据权利要求2至4中的任一项所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述热流体模拟部将来自所述加工头的激光对所述工件的照射效果设为仅存在通过向所述工件的热量输入引起的所述工件的温度上升，基于所述工件不发生相变这个假设，来实施所述非稳定热流体模拟。
7.根据权利要求6所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述加工条件设定装置对所述加工线中的至少一部分的加工区间设定如下的激光加工条件：无论所述加工头相对于所述工件相对地移动的所述相对移动速度如何，均能够得到所述加工点的温度和所述加工点的附近的温度中的至少一方的温度成为规定温度这个模拟结果。
8.根据权利要求7所述的三维激光加工系统，其特征在于，
在所述热流体模拟部中记录有相关数据，所述相关数据表示由所述加工条件设定部设定出的所述激光加工条件下的所述模拟结果中包括的所述加工点或所述加工点的附近的温度与在以所述激光加工条件实际地进行激光加工时测量出的对应的位置的温度的相关性，
所述热流体模拟部参照所述相关数据，针对在实际的激光加工中作为目标的所述规定温度，决定在所述非稳定热流体模拟中作为目标的置换规定温度，来实施所述非稳定热流体模拟。
9.根据权利要求7所述的三维激光加工系统，其特征在于，
所述加工条件设定装置还具备加工条件记录部，
在所述加工条件记录部中，按激光加工的每个种类，记录有针对至少包括板状工件的材质和厚度的工件条件而言实质上最佳的既得最佳激光加工条件，所述既得最佳激光加工条件至少包括激光输出、加工点相对于所述板状工件的所述相对移动速度以及所述加工头的所述激光射出侧端面与所述加工点之间的距离来作为激光加工条件，
关于对所述工件设定的所述加工线中的所述加工线为直线状并且沿着所述加工线的所述工件的壁厚固定的区间中的至少一部分的特定区间，所述加工条件设定部从所述加工条件记录部中记录的所述既得最佳激光加工条件中设定工件条件一致或大致一致的大致最佳激光加工条件，关于所述特定区间以外的所述加工线的区间中的、至少与所述特定区间相邻的加工线的区间中的至少一部分的区间，所述加工条件设定部将作为对所述特定区间设定的所述大致最佳激光加工条件下的所述模拟结果而得到的、所述加工点或所述加工点的附近的温度设为所述规定温度，设定使通过所述非稳定热流体模拟求出的所述加工点或所述加工点的附近的温度与所述特定区间同样地成为所述规定温度的激光加工条件。
10.根据权利要求6至9...
【专利技术属性】
技术研发人员：望月树也，泷川宏，
申请(专利权)人：发那科株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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