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激光加工装置及激光加工方法.pdf

  • 上传人:xia****o6
  • 文档编号:804979
  • 上传时间:2018-03-13
  • 格式:PDF
  • 页数:16
  • 大小:490.76KB
  • 摘要
    申请专利号:

    CN200980120881.8

    申请日:

    2009.06.01

    公开号:

    CN102056703A

    公开日:

    2011.05.11

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情:

    授权|||实质审查的生效IPC(主分类):B23K 26/38申请日:20090601|||公开

    IPC分类号:

    B23K26/38; B23K26/00; B23K26/04

    主分类号:

    B23K26/38

    申请人:

    三菱电机株式会社

    发明人:

    宫崎隆典; 井上孝; 村井博幸

    地址:

    日本东京

    优先权:

    2008.06.04 JP 2008-147174

    专利代理机构:

    北京天昊联合知识产权代理有限公司 11112

    代理人:

    何立波;张天舒

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    内容摘要

    本发明提供一种激光加工装置,其通过向被加工物(W)照射激光,从而对被加工物(W)进行穿孔加工和穿孔加工后的切断加工,该激光加工装置具有:激光照射部(60),其至少在穿孔加工开始时,将焦点位置设定在被加工物(W)内的表面附近,向被加工物(W)照射激光;以及激光振荡器(1),其在激光照射部(60)按照穿孔加工开始时设定的焦点位置向被加工物(W)照射激光的情况下,以产生等离子体的频率将激光进行脉冲射出。

    权利要求书

    1: 一种激光加工装置, 其通过向被加工物照射激光, 从而对所述被加工物进行穿孔加 工和所述穿孔加工后的切断加工, 其特征在于, 具有 : 激光照射部, 其至少在所述穿孔加工开始时, 将焦点位置设定在所述被加工物内的表 面附近, 向所述被加工物照射激光 ; 以及 激光振荡器, 其在所述激光照射部按照所述穿孔加工开始时所设定的焦点位置向所述 被加工物照射激光的情况下, 以产生等离子体的频率将所述激光进行脉冲射出。
    2: 根据权利要求 1 所述的激光加工装置, 其特征在于, 所述激光照射部在所述穿孔加工开始时, 将具有第 1 光束直径的激光向所述被加工物 照射, 然后, 将具有第 2 光束直径的激光向所述被加工物照射, 由此, 进行所述穿孔加工, 其 中, 该第 2 光束直径小于所述第 1 光束直径。
    3: 根据权利要求 1 或 2 所述的激光加工装置, 其特征在于, 还具有光量检测传感器, 其在所述穿孔加工时, 对从所述被加工物侧发出的光的光量 进行检测, 在基于由所述光量检测传感器检测出的光量而判断为所述穿孔加工完成的情况下, 所 述激光照射部进行从所述穿孔加工向所述切断加工的切换。
    4: 一种激光加工方法, 其通过向被加工物照射激光, 从而对所述被加工物进行穿孔加 工和所述穿孔加工后的切断加工, 其特征在于, 包含下述步骤 : 焦点位置设定步骤, 在该步骤中, 至少在所述穿孔加工开始时, 将焦点位置设定在所述 被加工物内的表面附近 ; 激光振荡步骤, 在该步骤中, 按照所述穿孔加工开始时所设定的焦点位置向所述被加 工物照射激光的情况下, 以产生等离子体的频率将所述激光进行脉冲射出 ; 以及 激光照射步骤, 在该步骤中, 将脉冲射出的激光向所述被加工物照射。

    说明书


    激光加工装置及激光加工方法

        技术领域 本发明涉及一种对被加工物在穿孔加工后进行切断加工的激光加工装置及激光 加工方法。
         背景技术 激光加工装置是通过对低碳钢等被加工物照射激光而从被加工物中切出期望的 加工物 ( 制品 ) 或不需要部分的装置。激光加工装置在加工开始时进行穿孔加工, 并且以 使得切出的加工物中不包含加工开始时的穿系孔的方式, 进行加工物的切断处理。 因此, 为 了从被加工物中切掉较小的不需要部分, 需要开设较小的穿系孔。 在现有的穿孔技术中, 为 了使穿系孔径较小, 必须使激光的输出变小, 因此, 穿孔加工需要很长时间。 其原因是, 如果 增大激光的输出而缩短穿孔时间, 则穿系孔径扩大。这样, 在现有的穿孔技术中, 无法兼顾 穿系孔径的小径化和穿孔时间的高速化。
         例如, 专利文献 1 所述的激光加工装置为了使穿孔加工稳定且高速地进行, 而在 进行穿孔加工时, 一边使聚光透镜的焦点位置沿工件的加工深度方向下降, 一边进行穿孔 加工。
         专利文献 1 : 日本特开平 2-160190 号公报
         发明内容 但是, 在上述现有技术中, 穿孔加工的高速化不充分。另外, 由于必须使聚光透镜 的焦点位置移动至与穿孔加工的进行相对应的位置上, 所以存在焦点位置的控制变得复杂 的问题。
         本发明就是鉴于上述情况而提出的, 其目的在于, 得到一种激光加工装置及激光 加工方法, 其可以容易地在短时间内进行穿孔加工。
         为了解决上述课题, 达到目的, 本发明提供一种激光加工装置, 其通过向被加工物 照射激光, 从而对所述被加工物进行穿孔加工和所述穿孔加工后的切断加工, 其特征在于, 具有 : 激光照射部, 其至少在所述穿孔加工开始时, 将焦点位置设定在所述被加工物内的表 面附近, 向所述被加工物照射激光 ; 以及激光振荡器, 其在所述激光照射部按照所述穿孔加 工开始时所设定的焦点位置向所述被加工物照射激光的情况下, 以产生等离子体的频率将 所述激光进行脉冲射出。
         发明的效果
         根据本发明, 由于在穿孔加工开始时, 将焦点位置设定在被加工物内的表面附近, 以产生等离子体的频率将激光进行脉冲射出, 所以具有可以容易地在短时间内进行穿孔加 工的效果。
         附图说明
         图 1 是用于说明实施方式 1 所涉及的穿孔加工的概念的说明图。图 2 是表示实施方式 1 所涉及的激光加工装置的概略结构的图。 图 3-1 是表示现有技术中在穿孔加工时使用的激光频率的图。 图 3-2 是表示本实施方式的激光加工装置在穿孔加工时使用的脉冲激光的频率的图。 图 4-1 是表示现有技术中在穿孔加工时使用的激光的焦点位置的图。
         图 4-2 是表示本实施方式的激光加工装置在穿孔加工开始时所照射的激光的焦 点位置的图。
         图 5-1 是表示在偏向镜为凸面的情况下, 偏向镜的曲率变化和焦点位置的变化之 间的关系的图。
         图 5-2 是表示在偏向镜为凹面的情况下, 偏向镜的曲率变化和焦点位置的变化之 间的关系的图。
         图 6-1 是表示在穿孔加工开始时使用的激光的光束直径的图。
         图 6-2 是表示在穿孔加工从开始经过规定时间后, 所使用的激光的光束直径的 图。
         图 7-1 是表示在偏向镜为凸面的情况下, 偏向镜的曲率变化和光束直径的变化之 间的关系的图。
         图 7-2 是表示在偏向镜为凹面的情况下, 偏向镜的曲率变化和光束直径的变化之 间的关系的图。
         图 8-1 是表示在穿孔加工开始时使用的光束直径较粗的激光的图。
         图 8-2 是表示在穿孔加工从开始经过规定时间后, 所使用的光束直径较细的激光 的图。
         图 9 是表示穿孔加工时的光束直径的变化的图。
         图 10 是表示加工头的结构的图。
         图 11 是用于说明反射光的检测方法的图。
         标号的说明
         1 激光振荡器
         6 偏向镜
         7 加工透镜
         9 被加工物
         20 反射光检测传感器
         30 加工头
         50 控制装置
         60 激光照射部
         100 激光加工装置
         L 激光
         P 穿系孔
         R 反射光
         W 被加工物
         具体实施方式
         下面, 基于附图, 详细说明本发明的实施方式所涉及的激光加工装置及激光加工 方法。此外, 本发明并不限定于本实施方式。在下面的说明中, 穿孔加工 ( 穿孔 ) 是在被加 工物上开设穿系孔的处理, 切断加工是从被加工物上切出加工物或不需要部分的处理。
         实施方式 1
         首先, 对本实施方式所涉及的穿孔加工的概念进行说明。图 1 是用于说明实施方 式 1 所涉及的穿孔加工的概念的说明图。激光加工装置 100 具有 : 激光振荡器 1, 其以脉冲 激光的形式振荡形成激光 L ; 以及加工透镜 7, 其将激光 L 聚光为较小的光斑直径, 向被加工 物 W( 低碳钢等 ) 照射。通过调整加工透镜 7 的高度方向 ( 激光 L 的照射方向 ), 而调整向 被加工物 W 照射的激光 L 的焦点位置。
         本实施方式的加工透镜 7 至少在穿孔加工开始时, 将焦点位置设定在被加工物 W 内的表面附近 ( 表面下侧 )。另外, 在以该焦点位置进行激光照射的情况下, 激光振荡器 1 振荡形成可以在被加工物 W 的加工位置处产生等离子体的高频激光 L。这里的高频是与例 如现有技术中在穿孔加工时使用的频率 ( 不产生等离子体的频率 ) 相比更高的频率, 是与 切断加工时使用的频率相比较低的频率。由此, 激光加工装置 100 一边产生等离子体一边 进行被加工物 W 的穿孔加工, 从而在被加工物 W 上形成穿系孔 P。
         图 2 是表示本发明的实施方式 1 所涉及的激光加工装置的概略结构的图。激光加 工装置 100 具有激光振荡器 1、 PR(Partial Reflection) 反射镜 2、 激光照射部 60 和控制 装置 50。
         激光振荡器 1 是振荡形成 CO2 激光等的激光 ( 束状光 )L 的装置, 在穿孔加工或切 断加工等激光加工时, 一边使振荡频率或激光输出产生各种变化, 一边射出激光。 本实施方 式的激光振荡器 1 与穿孔加工或切断加工等加工种类对应地, 变更所输出的激光 L 的频率。 激光照射部 60 包含偏向镜 3、 光束最优化单元 4、 偏向镜 5、 6、 以及加工头 30 而构成。
         PR 反射镜 ( 部分反射镜 )2 对激光振荡器 1 射出的激光进行部分反射, 并向偏向 镜 3 引导。偏向镜 ( 光束角度变化用反射镜 )3 改变从 PR 反射镜 2 输送来的激光的光束角 度, 并向光束最优化单元 4 引导。
         光束最优化单元 ( 光束直径变更装置 )4 对从偏向镜 3 输送来的激光的光束直径 ( 直径 ) 进行调整, 并向偏向镜 5 输送。偏向镜 5、 6 是光束角度变化用的反射镜。偏向镜 5 使得从光束最优化单元 4 输送来的激光的光束角度偏转至水平方向, 然后向偏向镜 6 输 送。偏向镜 6 使得从偏向镜 5 输送来的激光的光束角度偏转至垂直下方, 然后向加工头 30 输送。在偏向镜 5 和偏向镜 6 之间, 安装有未图示的使偏振变化的反射镜。
         加工头 30 具有加工透镜 7。加工透镜 7 将来自偏向镜 6 的激光聚光为较小的光斑 直径, 并向被加工物 W 照射。本实施方式的加工透镜 7 与穿孔加工或切断加工等加工种类 对应地, 调整焦点位置。加工透镜 7 例如在穿孔加工时, 将焦点位置设置于被加工物 W 表面 的下侧, 在切断加工时将焦点位置设置在被加工物 W 表面的上侧。被加工物 W 载置于未图 示的加工台上, 在该加工台上进行激光加工。
         控制装置 50 与激光振荡器 1 及激光照射部 60 连接, 对激光振荡器 1 及激光照射 部 60 进行控制。激光加工装置 100 例如通过使用氧气作为辅助气体的氧气切断, 对低碳钢 等被加工物 W 进行激光加工。此时, 激光加工装置 100 将针对低碳钢的焦点位置设定在材料表面的附近, 且位于材料表面的下侧, 并且, 通过将激光的频率设定为高于规定值, 由此 产生等离子体。由此, 激光加工装置 100 在产生等离子体的状态下进行低碳钢的穿孔加工。
         图 3-1 及图 3-2 是用于说明在穿孔加工时, 激光振荡器输出的脉冲激光的频率的 图。图 3-1 所示的曲线图是表示现有技术中在穿孔加工时使用的激光 ( 脉冲激光 ) 的频率 的图。另外, 图 3-2 所示的曲线图是表示本实施方式的激光加工装置 100 在穿孔加工时使 用的脉冲激光的频率的图。
         如果将现有技术中在穿孔加工时使用的脉冲激光 ( 不产生等离子体的频率的激 光 ) 设为脉冲激光 PL1, 则本实施方式中在穿孔加工时使用的脉冲激光 PL2 为与脉冲激光 PL1 的频率相比更高频的激光。
         对于脉冲激光 PL2, 只要采用在使用加工透镜 7 按照所设定的焦点位置 ( 被加工物 W 的表面下侧 ) 向被加工物 W 进行激光照射的情况下, 能够产生等离子体的频率即可, 可以 是任意频率。
         此外, 激光加工装置 100 也可以以与脉冲激光 PL2 相比频率较低的脉冲激光开始 穿孔加工, 以防止产生烧伤 (burning)。 在此情况下, 在开始穿孔加工后, 在规定时间内以不 产生烧伤的频率进行穿孔加工后, 将激光变更为脉冲激光 PL2 而继续穿孔加工。对于从用 于防止产生烧伤的频率向脉冲激光 PL2 的变更, 例如在开始穿孔加工经过了规定时间后, 通过逐步少量地提高频率而进行变更。 图 4-1 及图 4-2 是用于说明在穿孔加工时向被加工物照射的激光的焦点位置的 图。图 4-1 是表示现有技术中在穿孔加工中使用的激光的焦点位置的图。现有技术中在穿 孔加工时, 将被加工物 W 的表面上侧设为激光的焦点位置。图 4-2 是将被加工物 W 的表面 下侧设为激光的焦点位置的情况。本实施方式中的激光加工装置 100 在穿孔加工开始时, 如图 4-2 所示将被加工物 W 的表面附近作为激光的焦点位置, 优选将被加工物 W 的表面下 侧作为激光的焦点位置。
         激光加工装置 100 也可以随着穿孔加工的进行而将激光的焦点位置向下侧偏移。 换言之, 激光加工装置 100 也可以在进行穿孔加工时, 一边将加工透镜 7 的焦点位置沿被加 工物 W 的加工深度方向下降一边进行穿孔加工。另外, 激光加工装置 100 也可以将激光的 焦点位置固定在最初设定的焦点位置上, 而进行穿孔加工。
         激光加工装置 100 在穿孔加工结束后, 转移至切断加工。激光加工装置 100 在进 行被加工物 W 的切断加工时, 将被加工物 W 的表面上侧设为激光的焦点位置。
         此外, 向被加工物 W 照射的激光 L 的焦点位置也可以使用偏向镜 6 进行控制。在 此情况下, 偏向镜 6 由曲率可变的反射镜 ( 曲率可变反射镜 ) 构成。在这里, 说明曲率可变 的偏向镜 6 的结构的一个例子。曲率可变的偏向镜 6 构成为包含 : 激光反射部件, 其可以利 用例如空气、 水等的流体压力而使曲率可变 ; 反射部件支撑部 ; 流体供给单元 ; 阶段性地或 连续地切换流体供给压力的单元 ; 以及流体排出单元。
         激光反射部件设置在激光的光路上, 并且利用流体压力而弹性变形。反射部件支 撑部对激光反射部件的周围部进行支撑, 与激光反射部件一起在激光反射面的相反侧形成 空间。流体供给单元向反射部件支撑部的空间供给流体, 流体排出单元从反射部件支撑部 的空间将流体排出。
         在偏向镜 6 中, 除了流体供给路径和流体排出路径以外, 使由激光反射部件和反
         射部件支撑部形成的空间形成为密闭构造。这样, 可以在激光反射面的相反侧施加使激光 反射部件发生弹性变形所需的流体压力。利用该流体压力的变化, 使偏向镜 6 的激光反射 部件的表面变形为凸面或者凹面, 从而使曲率变化。
         在这里, 说明偏向镜 6 的曲率变化和焦点位置变化之间的关系。图 5-1 及图 5-2 是用于说明偏向镜的曲率变化和焦点位置变化之间的关系的图。图 5-1 示出偏向镜 6 为凸 面的情况, 图 5-2 示出偏向镜 6 为凹面的情况。
         经由凸面的偏向镜 6 向被加工物 W 照射的激光, 与平行光的激光 L 向被加工物 W 照射的情况相比, 焦点位置变长。经由凹面的偏向镜 6 向被加工物 W 照射的激光 L, 与平行 光的激光 L 向被加工物 W 照射的情况相比, 焦点位置变短。
         如上述所示, 通过使偏向镜 6 的曲率变化, 由此与使加工透镜 7 的位置变化的情况 相同地, 可以使向被加工物 W 照射的激光 L 的焦点位置变化。
         如上述所示, 激光加工装置 100 通过在控制焦点位置的同时控制脉冲激光的频 率, 从而在穿孔加工时实现等离子体的产生, 在产生等离子体的状态下进行穿孔加工。 通过 在穿孔加工中产生等离子体, 可以将穿孔加工的处理时间缩短为现有技术的大约一半。另 外, 由于无需使激光以高功率输出, 所以可以在被加工物 W 上形成较小的穿系孔。由此, 可 以兼顾穿系孔的高速贯穿处理和穿系孔的小径化。 由此, 可以缩短被加工物 W 的加工所需的时间, 可以降低激光加工装置 100 的运行 成本。 另外, 由于可以通过缩短穿孔时间而将向被加工物 W( 母材 ) 输入的热量抑制得较低, 所以可以抑制因母材的温度上升导致的加工不良 ( 烧伤 ) 的产生。此外, 在本实施方式中, 将控制装置 50 和激光照射部 60 形成单独的结构, 但激光照射部 60 也可以是具有控制装置 50 的结构。
         如上述所示, 根据实施方式 1, 通过控制向被加工物 W 照射的激光 L 的焦点位置和 向被加工物 W 照射的激光 L 的频率, 从而在穿孔加工时产生等离子体, 由此, 可以在短时间 内进行穿孔加工。
         实施方式 2
         下面, 使用图 6-1 ~图 9, 说明本发明的实施方式 2。在实施方式 2 中, 在对激光 L 的焦点位置和频率进行控制的基础上, 还对激光 L 的束径 ( 光束直径 ) 进行控制。
         本实施方式的激光加工装置 100 通过在穿孔加工中使光束直径变化, 从而提高穿 系孔 P 的激光加工中使用的能量效率。 具体地说, 激光加工装置 100 使光束直径进行下述变 化, 以避免在穿孔加工开始时发生烧伤等加工不良, 即, 使向加工透镜 7 入射的入射光束直 径 ( 第 1 光束直径 ) 变大, 随着穿孔加工的进行, 使入射光束直径 ( 第 2 光束直径 ) 变小。
         图 6-1 及图 6-2 是用于说明在穿孔加工时向被加工物照射的激光的光束直径的 图。图 6-1 是表示在穿孔加工开始时使用的激光 L 的光束直径的图。另外, 图 6-2 是表示 在开始穿孔加工经过了规定时间后使用的激光 L 的光束直径的图。本实施方式的激光加工 装置 100 在进行穿孔加工时, 在穿孔加工开始时利用光束直径较大的激光进行穿孔加工, 然后, 使光束直径变小而进行穿孔加工。
         向被加工物 W 照射的激光 L 的光束直径也可以使用例如曲率可变的偏向镜 6 进行 控制。曲率可变的偏向镜 6 的结构与实施方式 1 的偏向镜 6 具有相同的结构, 因此, 在这里 省略其说明。
         在这里, 说明偏向镜 6 的曲率变化和光束直径变化之间的关系。图 7-1 及图 7-2 是用于说明偏向镜的曲率变化和光束直径变化之间的关系的图。图 7-1 表示偏向镜 6 为凸 面的情况, 图 7-2 表示偏向镜 6 为凹面的情况。
         经由凸面的偏向镜 6 向被加工物 W 照射的激光 L, 与平行光的激光 L 向被加工物 W 照射的情况相比, 光束直径变粗。经由凹面的偏向镜 6 向被加工物 W 照射的激光, 与平行光 的激光向被加工物 W 照射的情况相比, 光束直径变细。
         如上述所示, 通过使偏向镜 6 的曲率变化, 可以使向被加工物 W 照射的激光 L 的光 束直径变化。此外, 通过使偏向镜 6 的曲率变化, 从而使向被加工物 W 照射的激光 L 的焦点 位置偏移, 因此, 可以通过例如使加工透镜 7 的位置变化而消除焦点位置的偏移。此外, 焦 点位置的偏移也可以通过变更偏向镜 6 的位置而消除。例如, 在为了使激光 L 的光束直径 变细而使偏向镜 6 变化为凹面的情况下, 焦点位置向上侧变化。由此, 在使激光 L 的光束直 径变细时, 可以通过使加工透镜 7 或偏向镜 6 下降而消除焦点位置的变化。
         通过使激光 L 的光束直径变细, 可以使到达穿系孔 P 的底面的激光的比例增加。 图 8-1 及图 8-2 是用于说明到达穿系孔的底面的激光和光束直径之间的关系的图。
         图 8-1 表示在穿孔加工开始时使用的光束直径较粗的激光, 图 8-2 表示在穿孔加 工从开始经过规定时间后使用的光束直径较细的激光。 如图 8-1 所示, 在向穿系孔 P 入射的光束直径较粗的情况下, 向穿系孔 P 的侧壁面 照射的激光 L 增加, 到达穿系孔 P 的底面的激光 L 减少。因此, 穿系孔 P 的穿孔 ( 向底面方 向的加工 ) 所使用的能量效率变低。
         另一方面, 如图 8-2 所示, 在向穿系孔 P 入射的光束直径较细的情况下, 与光束直 径较粗的情况相比, 向穿系孔 P 的侧壁面照射的激光 L 减少, 到达穿系孔 P 的底面的激光 L 增加。因此, 穿系孔 P 的穿孔 ( 向底面方向的加工 ) 所使用的能量效率变高。
         下面, 说明穿孔加工时的光束直径的变更定时。图 9 是表示穿孔加工时的光束直 径的变化的图。激光加工装置 100 在开始穿孔加工时, 将较粗的光束直径 r1 的激光 L 向被 加工物 W 照射。然后, 如果较粗的光束直径 r1 的激光 L 向被加工物 W 照射了规定时间, 则 激光加工装置 100 将光束直径与光束直径 r1 相比较细的激光 L( 光束直径 r2 的激光 L) 向 被加工物 W 照射。从光束直径 r1 向光束直径 r2 的变更, 也可以通过逐渐少量地减少光束 直径而进行 (A), 也可以通过在规定的定时从光束直径 r1 切换为光束直径 r2 而进行 (B)。 此后, 激光加工装置 100 在穿孔加工完毕之前, 将较细的光束直径 r2 的激光 L 向被加工物 W 照射。
         从光束直径 r1 向光束直径 r2 变更的定时, 是例如即使利用光束直径 r2 的激光 L 对被加工物 W 进行激光加工, 也不会产生烧伤的定时。换言之, 激光加工装置 100 在开始穿 孔加工后, 在直至变为不会产生烧伤之前的期间中, 利用光束直径 r1 的激光 L 进行穿孔加 工, 然后, 利用光束直径 r2 的激光 L 进行穿孔加工。
         如上述所示, 由于在穿孔加工开始时, 以较粗的光束直径进行激光加工, 所以可以 抑制穿孔开始时的烧伤。 另外, 由于在经过规定时间而不会产生烧伤后, 以较细的光束直径 进行激光加工, 所以可以高效地将能量输送至穿系孔 P 的最深部, 在短时间内进行穿孔加 工。
         如上述所示, 根据实施方式 2, 由于在控制焦点位置及控制脉冲激光的频率的基础
         上, 控制激光 L 的光束直径, 所以与实施方式 1 的激光加工装置 100 相比, 可以在更短时间 内进行穿孔加工。
         实施方式 3
         下面, 使用图 10 及图 11, 说明本发明的实施方式 3。在实施方式 3 中, 在进行穿孔 加工时, 进行穿系孔 P 是否贯穿的检测, 并且基于检测结果, 从穿孔加工转移至切断加工。
         本实施方式的激光加工装置 100 通过与实施方式 1、 2 相同的处理, 开始穿孔加工。 激光加工装置 100 利用例如配置在加工头上的传感器 ( 后述的反射光检测传感器 20), 在穿 孔加工时对从被加工物 W 侧产生的光进行检测。并且, 基于检测出的光的光量 ( 能量 ), 判 断穿系孔 P 是否贯穿。
         图 10 是表示加工头的结构的图。加工头 30 具有 : 透镜保持筒 11、 加工透镜 7、 透 镜保持垫片 13、 加工嘴 14、 以及反射光检测传感器 ( 光量检测传感器 )20。
         透镜保持筒 11 是收容加工透镜 7、 透镜保持垫片 13 的框体, 以使光轴和筒轴重合 的方式, 将透镜保持筒 11 安装在激光加工装置 100 的主体上。
         加工透镜 7 形成为大致圆板状, 以使其主面成为与光轴方向 ( 焦点深度方向 ) 垂 直的方向的方式, 设置在透镜保持筒 11 内。加工透镜 7 可沿筒轴方向自由移动地安装在透 镜保持筒 11 内。
         透镜保持垫片 13 配置在透镜保持筒 11 和加工透镜 7 之间, 将加工透镜 7 固定在 透镜保持筒 11 内的规定位置处。透镜保持垫片 13 配置为围绕加工透镜 7 的侧面。加工嘴 14 配置在透镜保持筒 11 的下部侧, 将经由加工透镜 7 输送来的激光向被加工物 W 侧照射。
         反射光检测传感器 20 是检测用于判断穿系孔 P 是否贯穿的光能量的传感器, 配置 在透镜保持筒 11 内。反射光检测传感器 20 在穿孔加工时, 对从被加工物 W 反射来的光或 等离子光的能量进行检测。反射光检测传感器 20 将检测出的能量作为反射光 ( 由于激光 L 的照射而产生的光 )R, 向激光加工装置 100 的控制装置 50 发送, 控制装置 50 基于能量, 控制激光加工装置 100。
         在开始穿孔加工后, 在例如反射光 R 的能量小于或等于规定值的情况下, 控制装 置 50 从穿孔加工转移至切断加工。也可以在能量的减少量大于或等于规定值的情况、 或能 量的减少速度大于或等于规定值的情况下, 控制装置 50 从穿孔加工转移至切断加工。
         下面, 说明反射光 R 的检测方法。图 11 是用于说明反射光 R 的检测方法 ( 处理顺 序 ) 的图。激光加工装置 100 在开始穿孔加工后, 从被加工物 W 侧产生反射光 R(a)。该反 射光 R 包括通过激光 L 由被加工物 W 反射而产生的反射光、 和通过将激光 L 向被加工物 W 照射而产生的等离子光。反射光 R 由加工头 30 内的反射光检测传感器 20 进行检测。由反 射光检测传感器 20 检测出的反射光 R 的能量 ( 光量 ), 为与从加工头 30 向被加工物 W( 加 工中的穿系孔 P 的侧壁面及底面 ) 照射的激光 L 的能量及加工中的穿系孔 P 的形状等对应 的值。
         如果随着穿孔加工的进行, 穿系孔 P 从被加工物 W 的底面开口 (b), 则激光 L 从被 加工物 W 的底面向被加工物 W 的外侧通过。这样, 激光 L 中照射在穿系孔 P 的侧壁面上的 激光 L 的能量减少。另外, 由于穿系孔 P 的底面消失, 所以照射在底面上的激光 L 消失。因 此, 由被加工物 W 反射的光减少。另外, 在被加工物 W 和加工头 30 之间产生的等离子体也 减少。由此, 反射光 R 的能量减少, 反射光检测传感器 20 检测出的能量也减少。如果反射光检测传感器 20 检测出能量的减少, 则激光加工装置 100 判断为穿孔加工完成, 而转移至 被加工物 W 的切断处理 (c)。
         在现有的穿孔加工中, 由于被加工物 W 的板厚误差或表面状态的误差, 使加工处 理时间产生波动。因此, 有时在穿系孔未贯穿的状态下就进行从穿孔加工向切断加工的切 换, 从而产生烧伤。 为了防止产生烧伤, 作为穿孔加工的处理时间而设定的穿孔加工设定时 间需要具有余量。 但是, 在该方法中, 由于存在在穿系孔贯穿后仍然继续进行穿孔加工处理 的情况, 所以在穿孔加工中产生时间浪费。
         与此相对, 在本实施方式中, 通过检测反射光 R, 而判断穿系孔 P 是否贯穿。并且, 在穿系孔 P 贯穿后, 从穿孔加工转移至切断加工。由此, 激光加工装置 100 与被加工物 W 的 板厚误差或表面状态等的误差无关, 可以在适当的定时从穿孔加工向切断加工切换。 此外, 由于可靠地在穿系孔 P 贯穿后, 从穿孔加工向切断加工切换, 所以不会在穿系孔 P 未贯穿时 就切换至切断加工, 其结果, 可以抑制加工不良的产生。
         此外, 在本实施方式中, 针对将反射光检测传感器 20 配置在透镜保持筒 11 内的情 况进行了说明, 但反射光检测传感器 20 也可以配置在加工嘴 14 内。另外, 反射光检测传感 器 20 也可以配置在加工头 30 的外侧。 如上述所示, 根据实施方式 3, 由于使用反射光 R 对穿系孔 P 的加工完成定时进行 检测, 基于该检测结果进行从穿孔加工向切断加工的切换, 所以可以在抑制加工不良的同 时, 高效地进行激光加工。
         工业实用性
         如上所述, 本发明所涉及的激光加工装置及激光加工方法, 适用于利用激光进行 被加工物的穿孔加工。
        

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    激光 加工 装置 方法
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