加工系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括能夠使激光在被加工物中高速地進行掃描的檢流計掃描器(galvano scanner)的加工系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]—般來講，檢流計掃描器是如下一種裝置:具備能夠分別以相互正交的兩條旋轉(zhuǎn)軸線為中心來旋轉(zhuǎn)的兩個鏡，通過利用伺服電動機(檢流計電動機)對這些鏡進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動來變更激光在被加工物中的掃描路徑。檢流計掃描器廣泛用于對被加工物高速地標記條形碼或者制造編號等的用途。另外，檢流計掃描器也應用于如近年來逐漸普及的激光燒結(jié)式的3D打印機那樣的光造形加工機。這樣的光造形加工機對薄地層疊的金屬粉末或光固化性樹脂等照射激光來進行燒結(jié)或固化，由此制作所希望的三維形狀的造形物。
[0003]圖11和圖12是按時間序列表示一般的光造形加工機的激光燒結(jié)加工的過程的概要圖。兩圖是從上方觀察層疊在臺上的金屬粉末Μ的俯視圖，檢流計掃描器首先使激光沿圖11中的箭頭All所示的路徑進行掃描來燒結(jié)金屬粉末Μ。之后，提供新的金屬粉末Μ的薄層，這次檢流計掃描器使激光沿圖12中的箭頭Α12所示的路徑進行掃描來燒結(jié)金屬粉末Mo這樣，在一般的激光燒結(jié)加工中，每次提供新的金屬粉末Μ的薄層時都變更激光的掃描方向來燒結(jié)金屬粉末Μ，通過反復執(zhí)行這樣的各層的燒結(jié)工序來制作所希望的三維形狀的造形物。
[0004]根據(jù)圖11和圖12可知，在金屬粉末Μ的各層的燒結(jié)工序中，加工途中的造形物的上表面被分割為具有規(guī)定的寬度(例如5_)的多個帶狀區(qū)域R，這些帶狀區(qū)域R分別按順序被照射激光。而且，在多個帶狀區(qū)域R的各個帶狀區(qū)域R中，激光反復執(zhí)行沿帶狀區(qū)域R的橫截方向的高速的往返運動來燒結(jié)金屬粉末Μ(參照圖11中的箭頭All和圖12中的箭頭 A12)。
[0005]在此，為了沒有不均地均勻地燒結(jié)金屬粉末的薄層，優(yōu)選在激光往返移動的期間使激光強度和激光掃描速度固定。另外，在激光的往返運動的折返時激光的移動瞬間停止，因此為了防止由此引起的燒結(jié)不均(過度燒結(jié))，也能夠執(zhí)行如在激光的折返時關(guān)閉激光輸出這樣的激光輸出控制。圖13是用于說明上述的激光輸出控制的概要圖。更具體地說，圖13概要地示出一般的激光燒結(jié)加工中的激光的掃描路徑。在圖中的標記P所示的激光的掃描路徑中，激光的輸出在用虛線表示的激光移動的停止期間內(nèi)被暫時關(guān)閉。
[0006]圖14是表示一般的激光燒結(jié)加工中的激光的掃描速度的時間變化的曲線圖。更具體地說，圖14的曲線圖是表示激光在圖11或圖12中的帶狀區(qū)域R內(nèi)往返一次的期間的激光的掃描速度的時間變化的曲線圖。如圖14所示，激光經(jīng)過伺服電動機的正向的加速、恒速移動以及減速的各階段而暫時停止，接著經(jīng)過伺服電動機的逆向的加速、恒速移動以及減速的各階段而再次停止。該期間的針對檢流計掃描器的驅(qū)動指令(加減速指令)呈階梯狀，但是由于經(jīng)常發(fā)生因檢流計掃描器的響應時間所引起的延遲，因此如圖14那樣，實際的激光以某時間常數(shù)進行加速或減速。即，在以往的檢流計掃描器中，因伺服電動機的加速能力而導致對于驅(qū)動指令的響應性被限制，因此維持激光的掃描精度并且使掃描速度高速化是非常困難的。
[0007]另外，一般來講激光輸出的開關(guān)控制的時間常數(shù)遠遠小于檢流計掃描器的加減速控制的時間常數(shù)，因此在檢流計掃描器的加減速階段還是容易產(chǎn)生燒結(jié)不均。關(guān)于此，在JP2008-170579A中提出了一種生成與檢流計掃描器的驅(qū)動指令相應的激光輸出波形的控制方法。更具體地說，在JP2008-170579A的控制方法中，根據(jù)檢流計掃描器的加減速指令的時間常數(shù)，使激光的照射定時延遲，由此減輕燒結(jié)不均。然而，檢流計掃描器的實際動作相對于驅(qū)動指令會有一些延遲，因此即使根據(jù)檢流計掃描器的驅(qū)動指令生成激光輸出波形也不會完全消除燒結(jié)不均。
[0008]尋求一種能夠維持基于檢流計掃描器的激光的掃描精度并且使掃描速度高速化的加工系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方式，提供如下一種加工系統(tǒng)，該加工系統(tǒng)包括:激光光源，其生成激光；檢流計掃描器，其具備反射激光的鏡和對鏡進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的伺服電動機，該檢流計掃描器使激光照射到被加工物；以及動作控制裝置，其按照正弦波狀的驅(qū)動指令來控制伺服電動機的動作。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方式，提供如下一種加工系統(tǒng):在第一方式中，還具備檢測伺服電動機的實際動作的檢測器，動作控制裝置具有:偏差計算部，其以規(guī)定的周期計算驅(qū)動指令與檢測器所檢測出的伺服電動機的實際動作之間的偏差；學習控制部，其采用偏差計算部在一個周期之前計算出的上述偏差來生成用于對偏差計算部新計算出的偏差進行校正的校正量；以及伺服控制部，其基于通過校正量進行校正后的偏差來控制伺服電動機的動作。
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的第三方式，提供如下一種加工系統(tǒng):在第二方式中，還包括激光控制裝置，該激光控制裝置根據(jù)檢測器所檢測出的伺服電動機的轉(zhuǎn)速控制激光的強度。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的第四方式，提供如下一種加工系統(tǒng):在第三方式中，激光控制裝置對檢測器所檢測出的伺服電動機的轉(zhuǎn)速乘以規(guī)定的系數(shù)來決定激光的強度。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第五方式，提供如下一種加工系統(tǒng):在第三方式或第四方式中，動作控制裝置與激光控制裝置被組裝到同一處理器中。
[0014]這些以及其它本發(fā)明的目的、特征以及優(yōu)點通過參照附圖所表現(xiàn)的本發(fā)明的例示性的實施方式的詳細說明會變得更明確。
【附圖說明】
[0015]圖1是表示本發(fā)明的一個實施方式的加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0016]圖2是概要地表示圖1的加工系統(tǒng)中的激光光源和檢流計掃描器的立體圖。
[0017]圖3是表示圖1的加工系統(tǒng)中的動作控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0018]圖4是表示圖3的動作控制裝置中的學習控制部的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0019]圖5是表示圖1中的上級控制裝置所生成的速度指令的一例的曲線圖。
[0020]圖6是表示本實施方式的加工系統(tǒng)中的激光光源和檢流計掃描器的控制方法的過程的流程圖。
[0021]圖7是表示本實施方式的加工系統(tǒng)中的檢流計掃描器的控制偏差的數(shù)值仿真結(jié)果的第一曲線圖。
[0022]圖8是表示以往的加工系統(tǒng)中的檢流計掃描器的控制偏差的仿真結(jié)果的、與圖7對應的曲線圖。
[0023]圖9是表示本實施方式的加工系統(tǒng)中的檢流計掃描器的控制偏差的仿真結(jié)果的第二曲線圖。
[0024]圖10是表示以往的加工系統(tǒng)中的檢流計掃描器的控制偏差的仿真結(jié)果的、與圖9對應的曲線圖。
[0025]圖11是按時間序列表示一般的光造形加工機的激光燒結(jié)加工的過程的第一概要圖。
[0026]圖12是按時間序列表示一般的光造形加工機的激光燒結(jié)加工的過程的第二概要圖。
[0027]圖13是用于說明一般的激光燒結(jié)加工中的激光輸出控制的概要圖。
[0028]圖14是表示一般的激光燒結(jié)加工中的激光的掃描速度的時間變化的曲線圖。
【具體實施方式】
[0029]以下，參照附圖來詳細地說明本發(fā)明的實施方式。在各附圖中，對相同的結(jié)構(gòu)要素標注相同的附圖標記。此外，以下的記載并不限定權(quán)利要求書所記載的發(fā)明的技術(shù)范圍、用語的含義等。
[0030]參照圖1?圖10來說明本發(fā)明的一個實施方式的加工系統(tǒng)。本實施方式的加工系統(tǒng)是如下激光燒結(jié)式的光造形加工機:反復執(zhí)行對金屬粉末或光固化性樹脂的層疊體照射激光的燒結(jié)工序，由此制作所希望的三維形狀的造形物。圖1是表示本實施方式的例示性的加工系統(tǒng)1的結(jié)構(gòu)的框圖。如圖1所示，本例的加工系統(tǒng)1包括生成激光的激光光源
2、將激光光源2所生成的激光照射到被加工物的檢流計掃描器3、對檢流計掃描器3的動作進行控制的動作控制裝置4、對激光光源2的動作進行控制的激光控制裝置5以及分別向動作控制裝置4和激光控制裝置5發(fā)送控制信號的上級控制裝置6。下面依次說明這些結(jié)構(gòu)要素。
[0031]圖2是概要地表示圖1的加工系統(tǒng)1中的激光光源2和檢流計掃描器3的立體圖。如圖2所示，激光光源2和檢流計掃描器3配置在放置被加工物的臺T的上方。此處所說的被加工物W是接受激光的照射而燒結(jié)的金屬粉末或光固化性樹脂的層