加工系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括能够使激光在被加工物中高速地进行扫描的检流计扫描器(galvano scanner)的加工系统。
【背景技术】
[0002]—般来讲，检流计扫描器是如下一种装置:具备能够分别以相互正交的两条旋转轴线为中心来旋转的两个镜，通过利用伺服电动机(检流计电动机)对这些镜进行旋转驱动来变更激光在被加工物中的扫描路径。检流计扫描器广泛用于对被加工物高速地标记条形码或者制造编号等的用途。另外，检流计扫描器也应用于如近年来逐渐普及的激光烧结式的3D打印机那样的光造形加工机。这样的光造形加工机对薄地层叠的金属粉末或光固化性树脂等照射激光来进行烧结或固化，由此制作所希望的三维形状的造形物。
[0003]图11和图12是按时间序列表示一般的光造形加工机的激光烧结加工的过程的概要图。两图是从上方观察层叠在台上的金属粉末Μ的俯视图，检流计扫描器首先使激光沿图11中的箭头All所示的路径进行扫描来烧结金属粉末Μ。之后，提供新的金属粉末Μ的薄层，这次检流计扫描器使激光沿图12中的箭头Α12所示的路径进行扫描来烧结金属粉末Mo这样，在一般的激光烧结加工中，每次提供新的金属粉末Μ的薄层时都变更激光的扫描方向来烧结金属粉末Μ，通过反复执行这样的各层的烧结工序来制作所希望的三维形状的造形物。
[0004]根据图11和图12可知，在金属粉末Μ的各层的烧结工序中，加工途中的造形物的上表面被分割为具有规定的宽度(例如5_)的多个带状区域R，这些带状区域R分别按顺序被照射激光。而且，在多个带状区域R的各个带状区域R中，激光反复执行沿带状区域R的横截方向的高速的往返运动来烧结金属粉末Μ(参照图11中的箭头All和图12中的箭头 A12)。
[0005]在此，为了没有不均地均匀地烧结金属粉末的薄层，优选在激光往返移动的期间使激光强度和激光扫描速度固定。另外，在激光的往返运动的折返时激光的移动瞬间停止，因此为了防止由此引起的烧结不均(过度烧结)，也能够执行如在激光的折返时关闭激光输出这样的激光输出控制。图13是用于说明上述的激光输出控制的概要图。更具体地说，图13概要地示出一般的激光烧结加工中的激光的扫描路径。在图中的标记P所示的激光的扫描路径中，激光的输出在用虚线表示的激光移动的停止期间内被暂时关闭。
[0006]图14是表示一般的激光烧结加工中的激光的扫描速度的时间变化的曲线图。更具体地说，图14的曲线图是表示激光在图11或图12中的带状区域R内往返一次的期间的激光的扫描速度的时间变化的曲线图。如图14所示，激光经过伺服电动机的正向的加速、恒速移动以及减速的各阶段而暂时停止，接着经过伺服电动机的逆向的加速、恒速移动以及减速的各阶段而再次停止。该期间的针对检流计扫描器的驱动指令(加减速指令)呈阶梯状，但是由于经常发生因检流计扫描器的响应时间所引起的延迟，因此如图14那样，实际的激光以某时间常数进行加速或减速。即，在以往的检流计扫描器中，因伺服电动机的加速能力而导致对于驱动指令的响应性被限制，因此维持激光的扫描精度并且使扫描速度高速化是非常困难的。
[0007]另外，一般来讲激光输出的开关控制的时间常数远远小于检流计扫描器的加减速控制的时间常数，因此在检流计扫描器的加减速阶段还是容易产生烧结不均。关于此，在JP2008-170579A中提出了一种生成与检流计扫描器的驱动指令相应的激光输出波形的控制方法。更具体地说，在JP2008-170579A的控制方法中，根据检流计扫描器的加减速指令的时间常数，使激光的照射定时延迟，由此减轻烧结不均。然而，检流计扫描器的实际动作相对于驱动指令会有一些延迟，因此即使根据检流计扫描器的驱动指令生成激光输出波形也不会完全消除烧结不均。
[0008]寻求一种能够维持基于检流计扫描器的激光的扫描精度并且使扫描速度高速化的加工系统。
【发明内容】
[0009]根据本发明的第一方式，提供如下一种加工系统，该加工系统包括:激光光源，其生成激光；检流计扫描器，其具备反射激光的镜和对镜进行旋转驱动的伺服电动机，该检流计扫描器使激光照射到被加工物；以及动作控制装置，其按照正弦波状的驱动指令来控制伺服电动机的动作。
[0010]根据本发明的第二方式，提供如下一种加工系统:在第一方式中，还具备检测伺服电动机的实际动作的检测器，动作控制装置具有:偏差计算部，其以规定的周期计算驱动指令与检测器所检测出的伺服电动机的实际动作之间的偏差；学习控制部，其采用偏差计算部在一个周期之前计算出的上述偏差来生成用于对偏差计算部新计算出的偏差进行校正的校正量；以及伺服控制部，其基于通过校正量进行校正后的偏差来控制伺服电动机的动作。
[0011 ] 根据本发明的第三方式，提供如下一种加工系统:在第二方式中，还包括激光控制装置，该激光控制装置根据检测器所检测出的伺服电动机的转速控制激光的强度。
[0012]根据本发明的第四方式，提供如下一种加工系统:在第三方式中，激光控制装置对检测器所检测出的伺服电动机的转速乘以规定的系数来决定激光的强度。
[0013]根据本发明的第五方式，提供如下一种加工系统:在第三方式或第四方式中，动作控制装置与激光控制装置被组装到同一处理器中。
[0014]这些以及其它本发明的目的、特征以及优点通过参照附图所表现的本发明的例示性的实施方式的详细说明会变得更明确。
【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的一个实施方式的加工系统的结构的框图。
[0016]图2是概要地表示图1的加工系统中的激光光源和检流计扫描器的立体图。
[0017]图3是表示图1的加工系统中的动作控制装置的结构的框图。
[0018]图4是表示图3的动作控制装置中的学习控制部的结构的框图。
[0019]图5是表示图1中的上级控制装置所生成的速度指令的一例的曲线图。
[0020]图6是表示本实施方式的加工系统中的激光光源和检流计扫描器的控制方法的过程的流程图。
[0021]图7是表示本实施方式的加工系统中的检流计扫描器的控制偏差的数值仿真结果的第一曲线图。
[0022]图8是表示以往的加工系统中的检流计扫描器的控制偏差的仿真结果的、与图7对应的曲线图。
[0023]图9是表示本实施方式的加工系统中的检流计扫描器的控制偏差的仿真结果的第二曲线图。
[0024]图10是表示以往的加工系统中的检流计扫描器的控制偏差的仿真结果的、与图9对应的曲线图。
[0025]图11是按时间序列表示一般的光造形加工机的激光烧结加工的过程的第一概要图。
[0026]图12是按时间序列表示一般的光造形加工机的激光烧结加工的过程的第二概要图。
[0027]图13是用于说明一般的激光烧结加工中的激光输出控制的概要图。
[0028]图14是表示一般的激光烧结加工中的激光的扫描速度的时间变化的曲线图。
【具体实施方式】
[0029]以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。在各附图中，对相同的结构要素标注相同的附图标记。此外，以下的记载并不限定权利要求书所记载的发明的技术范围、用语的含义等。
[0030]参照图1?图10来说明本发明的一个实施方式的加工系统。本实施方式的加工系统是如下激光烧结式的光造形加工机:反复执行对金属粉末或光固化性树脂的层叠体照射激光的烧结工序，由此制作所希望的三维形状的造形物。图1是表示本实施方式的例示性的加工系统1的结构的框图。如图1所示，本例的加工系统1包括生成激光的激光光源
2、将激光光源2所生成的激光照射到被加工物的检流计扫描器3、对检流计扫描器3的动作进行控制的动作控制装置4、对激光光源2的动作进行控制的激光控制装置5以及分别向动作控制装置4和激光控制装置5发送控制信号的上级控制装置6。下面依次说明这些结构要素。
[0031]图2是概要地表示图1的加工系统1中的激光光源2和检流计扫描器3的立体图。如图2所示，激光光源2和检流计扫描器3配置在放置被加工物的台T的上方。此处所说的被加工物W是接受激光的照射而烧结的金属粉末或光固化性树脂的层