曲率控制裝置及激光加工的制造方法
【專利摘要】在曲率控制裝置中，具有校正指令輸出部，該校正指令輸出部基于對由激光加工機照射的激光的與光束直徑、光束發(fā)散角或焦點位置相關(guān)的光束特性進行校正的光束校正值，生成對可變曲率鏡的曲率進行校正的曲率校正指令，并將生成的曲率校正指令輸出至使可變曲率鏡的曲率變更的可變曲率單元，光束校正值是基于光束特性、和針對激光加工機的每個機種設(shè)定的光束特性基準值而計算出的值，校正指令輸出部生成在由激光加工機照射出激光的情況下，使照射出的激光的光束特性與光束特性基準值成為相同值的曲率校正指令。
【專利說明】曲率控制裝置及激光加工機

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過對可變曲率鏡的曲率進行控制，從而對激光的光束直徑或光束發(fā)散角進行控制的曲率控制裝置及激光加工機。

【背景技術(shù)】
[0002]激光加工機由于配置在光路中的激光折返反射鏡的面精度波動、和從激光振蕩器中振蕩出的光束的波動等原因，存在光束直徑及光束發(fā)散角的機器誤差波動。
[0003]以減小這些光束直徑及光束發(fā)散角等的波動為目的，針對在激光加工機中使用的反射鏡及透鏡設(shè)有嚴格的面精度基準。另外，在專利文獻I中記載的激光加工機將可變曲率鏡配置在激光加工機的光路中，對應(yīng)于激光加工條件，對入射至聚光透鏡的激光光束直徑、聚光后的光斑直徑或焦距進行調(diào)整。
[0004]專利文獻1:日本特開2000-84689號公報


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]然而，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，光束直徑及光束發(fā)散角產(chǎn)生波動，因此，需要在加工條件中設(shè)有余量。即，以容許加工機之間的光束直徑及光束發(fā)散角等的波動為目的，在輸入至加工機控制裝置內(nèi)的加工條件中設(shè)有余量。因此，不能在最佳的加工條件下進行加工，因此，存在加工速度下降，并且，加工的穩(wěn)定性降低的問題。
[0006]另外，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，考慮到在各加工機中光束直徑及光束發(fā)散角產(chǎn)生波動，需要使用面精度基準嚴格的反射鏡及透鏡。因此，存在光學(xué)部件的加工成本提高的問題。
[0007]本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于得到一種高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工的曲率控制裝置以及激光加工機。
[0008]為了解決上述課題并實現(xiàn)目的，本發(fā)明的特征在于，具有校正指令輸出部，該校正指令輸出部基于對由激光加工機照射的激光的與光束直徑、光束發(fā)散角或焦點位置相關(guān)的光束特性進行校正的光束校正值，生成對可變曲率鏡的曲率進行校正的曲率校正指令，并將生成的曲率校正指令輸出至使所述可變曲率鏡的曲率變更的可變曲率單元，所述光束校正值是基于所述光束特性、和針對所述激光加工機的每個機種設(shè)定的光束特性基準值而計算出的值，所述校正指令輸出部生成在由所述激光加工機照射出激光的情況下，使照射出的激光的光束特性與所述光束特性基準值成為相同值的曲率校正指令。
[0009]發(fā)明的效果
[0010]根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)能夠高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是用于說明實施方式I涉及的激光加工處理的概念的圖。
[0012]圖2是表示實施方式I涉及的激光加工機的概略結(jié)構(gòu)的圖。
[0013]圖3是表示實施方式I涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0014]圖4是表示可變曲率單元的結(jié)構(gòu)的圖。
[0015]圖5是表示可變曲率鏡的結(jié)構(gòu)的圖。
[0016]圖6-1是用于說明在可變曲率鏡為凸面的情況下，曲率變化與光束直徑變化的關(guān)系的圖。
[0017]圖6-2是用于說明在可變曲率鏡為凹面的情況下，曲率變化與光束直徑變化的關(guān)系的圖。
[0018]圖7是用于說明光束直徑的測量方法的圖。
[0019]圖8是表示實施方式2涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0020]圖9是表示實施方式3涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。
[0021]圖10是表示實施方式4涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。

【具體實施方式】
[0022]以下，基于附圖，詳細地說明本發(fā)明的實施方式涉及的曲率控制裝置以及激光加工機。此外，本發(fā)明并不受這些實施方式的限定。
[0023]實施方式I
[0024]圖1是用于說明實施方式I涉及的激光加工處理的概念的圖。本實施方式的激光加工機100-1?100-N (N為大于或等于2的自然數(shù))是，在對可變曲率鏡2的曲率進行了校正的基礎(chǔ)上，對工件(后述的被加工物30)進行激光加工的裝置。在這里，設(shè)為激光加工機100-1?100-N分別是相同的機種。
[0025]作為光束特性的基準值的光束特性基準值是在激光加工機的開發(fā)階段確定的任意值。針對激光加工機的每個機種計算光束直徑基準值51。這里的光束特性是光束直徑，因此，使用評價系統(tǒng)200等計算出作為光束直徑的基準值的光束直徑基準值51(S1)。這里的評價系統(tǒng)200例如是激光加工機的試制機、光束特性的測量裝置以及計算機等。
[0026]另外，也可以使用制造出的激光加工機100-1?100-N，設(shè)定光束特性基準值。在該情況下，作為從各激光加工機100-1?100-N照射的激光的光束特性，而測量光束直徑50-1?50-N(S2?S4)。其后，使用測量結(jié)果(光束直徑50_1?50-N)，計算作為光束特性的基準值的光束特性基準值(S5 )。
[0027]將計算出的光束直徑基準值51設(shè)定至各激光加工機100-1?100_N(S6)，然后出廠(S7)。換言之，通過對出廠的激光加工機100-1?100-N設(shè)定光束直徑基準值51，從而進行光束直徑的調(diào)整。在使用各激光加工機100-1?100-N時，利用光束直徑基準值51，計算用于對光束特性進行校正的光束校正值。而且，利用光束校正值，生成曲率校正指令。
[0028]例如，在激光加工機100-1中，生成曲率校正指令52-1，在激光加工機100-2中，生成曲率校正指令52-2。另外，在激光加工機100-N中，生成曲率校正指令52-N。為了對從各激光加工機100-1?100-N照射的激光的光束特性(光束直徑等)進行校正，將曲率校正指令傳輸至可變曲率單元10。此外，曲率校正指令52-1?52-N也可以由激光加工機100-1?100-N的制造者或使用者生成。
[0029]例如，在激光加工機100-1中，通過曲率校正指令52-1，對可變曲率鏡2的曲率進行校正，以使光束直徑50-1成為與光束直徑基準值51相同的值。另外，在激光加工機100-2中，通過曲率校正指令52-2，對可變曲率鏡2的曲率進行校正，以使光束直徑50-2成為與光束直徑基準值51相同的值。另外，在激光加工機10-N中，通過曲率校正指令52-N，對可變曲率鏡2的曲率進行校正，以使光束直徑50-N成為與光束直徑基準值51相同的值。
[0030]將所生成的曲率校正指令傳輸至可變曲率單元10?？勺兦蕟卧?0按照曲率校正指令，使可變曲率鏡2的曲率變更。由此，在任意的激光加工機100-1?100-N中，均會照射與光束直徑基準值51相同的光束直徑的激光。因此，能夠抑制從各激光加工機100-1?100-N生成的光束直徑的機器誤差波動。
[0031]此外，在這里，說明了光束特性為光束直徑的情況，但光束特性也可以是光束發(fā)散角或焦點位置。因此，光束校正值用于對與光束直徑、光束發(fā)散角或焦點位置相關(guān)的光束特性進行校正。
[0032]在以下的說明中，作為光束特性的一個例子，對光束特性為光束直徑或光束發(fā)散角的情況進行說明。另外，將激光加工機100-1?100-N作為激光加工機100進行說明。另夕卜，將光束直徑50-1?50-N作為光束直徑50進行說明，將曲率校正指令52-1?52-N作為曲率校正指令52進行說明。
[0033]圖2是表示實施方式I涉及的激光加工機的概略結(jié)構(gòu)的圖。激光加工機100構(gòu)成為包含:激光振蕩器(激光輸出部)31、PR (Partial Reflect1n)鏡32、偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B、具有可變曲率鏡2的可變曲率單元10、加工透鏡37以及曲率控制裝置20X。
[0034]激光振蕩器31是振蕩形成CO2激光等激光(束狀光)的裝置，在激光加工時，一邊使激光輸出進行各種變化，一邊射出激光。PR鏡(部分反射鏡)32對激光振蕩器31射出的激光進行部分反射，并引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)鏡2A。
[0035]偏轉(zhuǎn)鏡(激光折返反射鏡)2A、2B是光束角度變化用鏡。偏轉(zhuǎn)鏡2A改變從PR鏡(部分反射鏡)32傳輸來的激光的光束角度，并引導(dǎo)至偏轉(zhuǎn)鏡2B。偏轉(zhuǎn)鏡2B使從偏轉(zhuǎn)鏡2A傳輸來的激光的光束角度偏轉(zhuǎn)，并傳輸至可變曲率鏡2。
[0036]可變曲率鏡2配置在激光振蕩器31和加工透鏡37 (加工頭)之間的激光傳播光路中。此外，激光振蕩器31內(nèi)的反射鏡也可以使用可變曲率鏡2。可變曲率鏡2對在激光加工機100內(nèi)產(chǎn)生的激光的光束直徑50的波動進行校正。
[0037]可變曲率鏡2是以鏡的曲率可變的方式構(gòu)成，并且，在鏡的反射面?zhèn)仁辜す夥瓷涞溺R?？勺兦淑R2改變從偏轉(zhuǎn)鏡2B傳輸來的激光的光束角度、光束直徑50等，并傳輸至加工透鏡37?？勺兦淑R2通過使鏡的曲率變化，從而使光束直徑50或焦點深度等變化。
[0038]曲率控制裝置20X是對可變曲率鏡2的曲率進行控制的裝置。本實施方式的曲率控制裝置20X對可變曲率鏡2的曲率進行控制，使得激光加工機100的具有機器誤差波動的光束直徑50接近于針對激光加工機100的每個機種設(shè)定的光束直徑基準值51。曲率控制裝置20X例如在激光加工機100出廠時，對可變曲率鏡2的曲率進行了控制。另外，由于光學(xué)部件(PR鏡32、偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B、可變曲率鏡2等)的時效老化，有時光束直徑50及光束發(fā)散角變化，因此，曲率控制裝置20X也可以在售后服務(wù)時，對可變曲率鏡2的曲率進行控制。
[0039]光束發(fā)散角例如利用在光路中的2點處測量出的光束直徑、和測量出這些光束直徑的2點之間的距離而進行計算。在該情況下，光束直徑可以利用任意方法測量。
[0040]此外，在對與加工透鏡37間的距離(高度)相同的位置處照射激光的情況下，如果光束直徑50相同，則光束發(fā)散角也相同。然而，如果將加工透鏡37和被加工物30之間的距離設(shè)為加工透鏡37的焦距的2倍距離，則是將光束直徑與入射至加工透鏡37的光束直徑相同的激光照射至被加工物30。在本實施方式中，在將照射激光的高度方向的位置固定在加工透鏡37的焦距的2倍的位置處的基礎(chǔ)上，對光束直徑50進行測量。換言之，將加工透鏡37和被加工物30之間的距離，設(shè)為加工透鏡37的焦距的2倍。
[0041]此外，加工透鏡37和被加工物30之間的距離并不限定于加工透鏡37的焦距的2倍距離，也可以是任意距離。在這里，即使在不是焦距的2倍的位置處測量了光束直徑50，也能根據(jù)相似圖形的關(guān)系式，求出向聚光透鏡37入射時的光束直徑50。因此，光束直徑50在加工透鏡37和被加工物30之間的任意位置處進行測量均可。激光加工機100通過基于光束直徑50的測量結(jié)果，對光束直徑50進行校正，從而將光束直徑50和光束發(fā)散角雙方校正為期望值。此外，也可以對可變曲率鏡2的曲率進行控制，以使激光加工機100的具有機器誤差波動的光束發(fā)散角接近于針對激光加工機100的每個機種設(shè)定的光束發(fā)散角的基準值。
[0042]在對可變曲率鏡2的曲率進行控制時，激光加工機100向測量光束直徑50時使用的光束特性測量用部件(照射對象)照射激光。然后，針對由于被照射激光而形成的激光照射痕跡，測量光束直徑50。在本實施方式中，將測量出的光束直徑50，輸入至曲率控制裝置20X。由此，曲率控制裝置20X基于輸入的光束直徑50，生成對可變曲率鏡2的曲率進行校正的曲率校正指令52。然后，曲率控制裝置20X利用生成的曲率校正指令52，對可變曲率單元10進行控制。
[0043]加工透鏡37將從可變曲率鏡2傳輸來的激光聚光為較小的光斑直徑，并照射至被加工物30。被加工物30載置在未圖示的加工臺上，在該加工臺上進行激光加工。
[0044]此外，激光加工機100可以是對鈑金件等板狀部件進行切斷的激光加工機，也可以是對印刷基板等進行開孔加工的激光加工機。另外，激光加工機100可以進行二維的激光加工，也可以進行三維的激光加工。
[0045]在激光加工機100中，如果從激光振蕩器31輸出激光，則經(jīng)由偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B傳輸至可變曲率鏡2?？勺兦淑R2對由偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B及可變曲率鏡2等的面精度波動、在激光振蕩器31內(nèi)激發(fā)出的激光的光束特性(光束直徑50)的波動、以及PR鏡32的面精度波動引起的激光的光束直徑50的波動進行校正?？勺兦淑R2校正為與從曲率控制裝置20X傳輸來的曲率校正指令52對應(yīng)的曲率。由此，在本實施方式中，激光的光束直徑50被校正為與激光加工機100的機種對應(yīng)的任意尺寸。
[0046]將利用可變曲率鏡2校正了光束直徑50的激光，傳輸至加工透鏡37。加工透鏡37對該激光進行聚光，將聚光后的激光照射至作為加工對象的被加工物30。
[0047]圖3是表示實施方式I涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖3中，示出了曲率控制裝置20X的一個例子即曲率控制裝置20A的結(jié)構(gòu)。曲率控制裝置20A具有光束直徑輸入部21A、基準值存儲部22、校正值計算部23以及校正指令輸出部24。
[0048]光束直徑輸入部2IA輸入激光的光束直徑50 (尺寸)，并傳輸至校正值計算部23。輸入至光束直徑輸入部21A的光束直徑50，可根據(jù)由激光加工機100向丙烯酸類材料等光束特性測量用部件照射的激光的照射痕跡得到。光束直徑50例如是照射痕跡的直徑。
[0049]此外，光束特性測量用部件只要是熱敏紙及木材等通過照射激光而形成激光照射痕跡且可測量光束直徑50的材料，則可以是任意部件。以下，針對光束特性測量用部件為丙烯酸類材料，激光的照射痕跡為丙烯酸燒灼圖案的情況進行說明。
[0050]基準值存儲部22是存儲與激光加工機100的機種對應(yīng)的光束直徑基準值51的存儲器等。例如在激光加工機100出廠時，預(yù)先將光束直徑基準值51存儲在基準值存儲部22中。光束直徑基準值51例如是在開發(fā)階段設(shè)定的值。此外，光束直徑基準值51也可以是從與激光加工機100機種相同的多個激光加工機100-1?100-N得到的光束直徑50-1?50-N的平均值等。
[0051]此外，也可以例如在激光加工機100出廠后，由用戶將光束直徑基準值51存儲至基準值存儲部22。另外，也可以將曲率控制裝置20A構(gòu)成為，能夠?qū)⒒鶞手荡鎯Σ?2內(nèi)的光束直徑基準值51改寫為任意值。
[0052]校正值計算部23基于從光束直徑輸入部2IA傳輸來的光束直徑50、和基準值存儲部22內(nèi)的光束直徑基準值51，計算對光束直徑50進行校正的光束直徑校正值。光束直徑校正值是用于對可變曲率鏡2的曲率進行校正的校正值。
[0053]校正值計算部23計算在利用光束直徑校正值對可變曲率鏡2的曲率進行了校正的情況下，使從激光加工機100得到的光束直徑50與光束直徑基準值51成為相同值的光束直徑校正值。換言之，校正值計算部23計算對從激光加工機100得到的光束直徑50與光束直徑基準值51的差進行校正的光束直徑校正值。校正值計算部23例如將光束直徑50與光束直徑基準值51的差作為光束直徑校正值進行計算。
[0054]從光束直徑輸入部21A傳輸來的光束直徑50，是激光加工機100固有的光束直徑50，光束直徑基準值51是激光加工機100的機種固有的光束直徑。在本實施方式中，計算光束直徑校正值，使得激光加工機100固有的光束直徑50成為與激光加工機100的機種對應(yīng)的光束直徑(光束直徑基準值51)。校正值計算部23將計算出的光束直徑校正值傳輸至校正指令輸出部24。
[0055]校正指令輸出部24基于從校正值計算部23傳輸來的光束直徑校正值，生成向可變曲率單元10輸出的曲率校正指令52。曲率校正指令52是對可變曲率鏡2的曲率進行校正的指令。校正指令輸出部24例如利用表示光束直徑校正值與曲率校正指令52的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式，生成曲率校正指令52。
[0056]校正指令輸出部24將對可變曲率單元10所具有的致動器(后述的致動器6)施加的電壓作為曲率校正指令52而輸出至可變曲率單元10。曲率校正指令52是向可變曲率單元10輸出的偏移指令值，通過將曲率校正指令52傳輸至可變曲率單元10，從而對可變曲率鏡2的曲率進行變更，使得光束直徑成為光束直徑基準值51。
[0057]圖4是表示可變曲率單元的結(jié)構(gòu)的圖。在圖4中，示出可變曲率單元10的剖視圖?？勺兦蕟卧?0是使可變曲率鏡2的曲率(彎曲方式)變化的單元，該可變曲率鏡2是使用大致圓板狀的部件形成的。
[0058]可變曲率單元10具有傳感器3、內(nèi)側(cè)鏡支撐體4、外側(cè)鏡支撐體5以及致動器6。內(nèi)側(cè)鏡支撐體4、外側(cè)鏡支撐體5各自使用有底圓筒狀部件構(gòu)成。
[0059]內(nèi)側(cè)鏡支撐體4在構(gòu)成有底圓筒狀部件的側(cè)壁面的頂面部側(cè)具有支撐部45。支撐部45在可變曲率鏡2的底面部中的外周部與可變曲率鏡2接觸。
[0060]另外，外側(cè)鏡支撐體5的內(nèi)壁面構(gòu)成為比內(nèi)側(cè)鏡支撐體4的外壁面大。外側(cè)鏡支撐體5以包圍內(nèi)側(cè)鏡支撐體4的方式配置在內(nèi)側(cè)鏡支撐體4的外側(cè)。外側(cè)鏡支撐體5在有底圓筒狀部件的頂面部側(cè)，具有與側(cè)壁面垂直地接合的板狀的環(huán)狀部件。而且，在環(huán)狀部件的底面?zhèn)仍O(shè)有下壓部46。下壓部46在可變曲率鏡2的頂面部中的外周部與可變曲率鏡2接觸。支撐部45、下壓部46構(gòu)成為，支撐部45與下壓部46相比，在可變曲率鏡2的外周側(cè)與可變曲率鏡2接觸。
[0061]通過該結(jié)構(gòu)，可變曲率鏡2被內(nèi)側(cè)鏡支撐體4和外側(cè)鏡支撐體5夾持。具體而言，可變曲率鏡2的底面?zhèn)鹊耐庵懿颗c內(nèi)側(cè)鏡支撐體4的支撐部45按壓抵接，頂面?zhèn)鹊耐庵懿勘煌鈧?cè)鏡支撐體5的下壓部46按壓抵接。
[0062]致動器6使內(nèi)側(cè)鏡支撐體4在與可變曲率鏡2的主面垂直的方向上移動。在使可變曲率鏡2的曲率變化時，致動器6使內(nèi)側(cè)鏡支撐體4向可變曲率鏡2側(cè)移動。由此，可變曲率鏡2的底面被支撐部45向上推，并且，可變曲率鏡2的頂面被下壓部46按壓。其結(jié)果，可變曲率鏡2變形為凹狀(碗狀)，曲率變化。此外，在可變曲率單元10中，也可以使可變曲率鏡2變形為凸狀。
[0063]傳感器3配置在可變曲率鏡2的底面部側(cè)，對可變曲率鏡2的曲率進行檢測。此夕卜，可變曲率單元10的結(jié)構(gòu)并不限于圖4所示的結(jié)構(gòu)。可變曲率單元10只要是對可變曲率鏡2賦予曲率的結(jié)構(gòu)，可以是任意結(jié)構(gòu)。例如，內(nèi)側(cè)鏡支撐體4、外側(cè)鏡支撐體5、支撐部45、下壓部46的構(gòu)造、驅(qū)動方式的形態(tài)也可以是任意的構(gòu)造、驅(qū)動方式。
[0064]另外，可變曲率鏡2的鏡表面的曲率形狀是球面、非球面中的哪種均可以。另外，偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B也可以使用可變曲率鏡2。另外，激光振蕩器31內(nèi)的反射鏡也可以使用可變曲率鏡2。
[0065]圖5是表示可變曲率鏡的結(jié)構(gòu)的圖。在圖5中，示出可變曲率鏡2的斜視圖。可變曲率鏡2是使用大致圓板狀的鏡母材而構(gòu)成的，在鏡反射面?zhèn)刃纬捎袌A形區(qū)域的反射膜I。反射膜I的中心與鏡母材的鏡反射面的中心大致相同。形成反射膜I的區(qū)域可以是小于鏡反射面的區(qū)域，也可以是與鏡反射面相同的區(qū)域。
[0066]此外，在射入至可變曲率鏡2的激光的輸出較低的情況下，也可以省略反射膜I的形成，僅對鏡反射面蒸鍍金。在該情況下，針對鏡反射面，在反射膜I的位置處形成金薄膜。
[0067]通過使可變曲率鏡2的曲率變化，從而照射至被加工物30的激光的焦點位置、光束直徑50及光束發(fā)散角變化。在這里，針對可變曲率鏡2的曲率變化與光束直徑變化的關(guān)系進行說明。
[0068]圖6-1及圖6-2是用于說明可變曲率鏡的曲率變化與光束直徑變化的關(guān)系的圖。圖6-1示出可變曲率鏡2為凸面的情況，圖6-2示出可變曲率鏡2為凹面的情況。
[0069]如圖6-1所示，經(jīng)由凸面的可變曲率鏡2而照射至被加工物30的激光，與將作為平行光的激光照射至被加工物30的情況相比，焦點位置變長。其結(jié)果，如果利用凸面的可變曲率鏡2使激光反射，則與反射前相比，反射后的激光的光束直徑50增大。
[0070]另一方面，如圖6-2所示，經(jīng)由凹面的可變曲率鏡2而照射至被加工物30的激光，與將作為平行光的激光照射至被加工物30的情況相比，焦點位置變短。其結(jié)果，如果利用凹面的可變曲率鏡2使激光反射，則與反射前相比，反射后的激光的光束直徑50減小。
[0071]如上所述，通過使可變曲率鏡2的曲率變化，從而能夠與使加工透鏡37的位置變化的情況同樣地，使照射至被加工物30的激光的光束直徑50變化。
[0072]可變曲率鏡等通常的光學(xué)部件，為了使光的特性不變，對鏡反射面要求較高的面精度。在本實施方式中，將激光校正為與激光加工機100的機種對應(yīng)的光束直徑50，因此，不會對反射鏡(PR鏡32、偏轉(zhuǎn)鏡2A、2B)及透鏡等光學(xué)部件要求較高的面精度。因此，能夠使用低價的光學(xué)部件來構(gòu)成激光加工機100。
[0073]此外，可變曲率鏡2并不限于大致圓板狀，可以是任意形狀。例如，也可以利用具有多邊形主面的板狀部件或橢圓板狀部件形成可變曲率鏡2。另外，也可以在可變曲率鏡2的底面?zhèn)然蜱R內(nèi)設(shè)置中空區(qū)域。
[0074]下面，對光束直徑50的測量方法進行說明。圖7是用于說明光束直徑的測量方法的圖。在對由激光加工機100向被加工物30照射的激光的光束直徑50進行測量時，由激光加工機100向丙烯酸類材料41照射激光。此時，在加工頭(加工透鏡37)的下方(載置被加工物30的位置處)配置有丙烯酸類材料41，以例如數(shù)秒的時間向該丙烯酸類材料41照射激光。
[0075]由此，丙烯酸類材料41熔融而形成丙烯酸燒灼圖案42。通過測量丙烯酸燒灼圖案42的直徑，能夠得到激光加工機100的光束直徑50。該光束直徑50經(jīng)常與標準光束直徑(理想值)之間存在差值。此外，對激光的光束直徑50進行測量的位置(在這里是丙烯酸類材料41的配置位置)，只要比可變曲率鏡2靠前(光路的后級側(cè))，可以是任意位置。
[0076]另外，在這里，說明了針對丙烯酸燒灼圖案42測量I處的直徑的情況，但也可以針對丙烯酸燒灼圖案42測量多處的直徑。在該情況下，例如，將測量出的直徑的平均值設(shè)為激光加工機100的光束直徑。
[0077]針對激光加工機100的每個機種設(shè)定的光束直徑基準值51，使用通過與在圖7中說明的方法相同的方法測量出的光束直徑50進行計算。在制造激光加工機100時，使與激光加工機100的機種相同的多個激光加工機形成丙烯酸燒灼圖案42。然后，使用根據(jù)各丙烯酸燒灼圖案42得到的光束直徑50，計算光束直徑基準值51。光束直徑基準值51例如是在設(shè)計階段設(shè)定出的值、或根據(jù)各丙烯酸燒灼圖案42得到的光束直徑50的平均值。計算出的光束直徑基準值51，存儲在激光加工機100及與激光加工機100機種相同的激光加工機的基準值存儲部22中。
[0078]如上所述，根據(jù)實施方式1，進行校正以使得光束直徑50接近于針對激光加工機100的每個機種設(shè)定出的光束直徑基準值51，因此，無需在加工條件中設(shè)置余量。因此，能夠在最佳的加工條件下進行加工，從而不會使加工速度下降，能夠進行穩(wěn)定的激光加工。另夕卜，能夠防止光束直徑50波動，因此，無需使用面精度基準嚴格的光學(xué)部件。因此，能夠?qū)⒐鈱W(xué)部件的加工成本抑制為較低。
[0079]因此，能夠高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工。另外，能夠進行穩(wěn)定的激光加工，因此，成品率提高，并且，無需由加工機操作者進行條件調(diào)整。
[0080]實施方式2
[0081]下面，使用圖8，說明本發(fā)明的實施方式2。在實施方式2中，使用從激光加工機100取得的光束直徑50，預(yù)先計算出光束直徑校正值。然后，將計算出的光束直徑校正值手動輸入至激光加工機。
[0082]圖8是表示實施方式2涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖8中，示出曲率控制裝置20X的一個例子即曲率控制裝置20B的結(jié)構(gòu)。此外，在圖8的各結(jié)構(gòu)要素中針對與在圖3中示出的實施方式I的曲率控制裝置20A實現(xiàn)相同的功能的結(jié)構(gòu)要素，標注相同的標號，省略重復(fù)的說明。
[0083]曲率控制裝置20B具有校正值輸入部27、校正指令輸出部24。校正值輸入部27輸入光束直徑校正值，并傳輸至校正指令輸出部24。經(jīng)由鼠標或鍵盤等，向校正值輸入部27手動輸入光束直徑校正值。
[0084]輸入至校正值輸入部27的光束直徑校正值，與利用校正值計算部23計算出的光束直徑校正值相同。換言之，光束直徑校正值是基于光束直徑50和光束直徑基準值51計算出的。
[0085]校正指令輸出部24基于從校正值輸入部27傳輸來的光束直徑校正值，生成并輸出針對可變曲率單元10的曲率校正指令52。此外，有時根據(jù)輸入至校正值輸入部27的光束直徑校正值，無法校正為與光束直徑基準值51對應(yīng)的期望的光束直徑。在這種情況下，通過試湊法來變更可變曲率鏡2的曲率。具體而言，反復(fù)進行以下的處理。
[0086]( I)輸入與光束直徑50的測量結(jié)果對應(yīng)的光束直徑校正值
[0087](2)生成與光束直徑校正值對應(yīng)的曲率校正指令52
[0088](3)在基于曲率校正指令52變更了曲率的基礎(chǔ)上，對光束直徑50進行測量
[0089](4)基于測量結(jié)果，確認是否成為期望的光束直徑
[0090]在激光加工機100中，直至能夠校正為與光束直徑基準值51對應(yīng)的期望的光束直徑為止，反復(fù)進行上述的(I)?(4)的處理。此外，在本實施方式中，針對手動輸入光束直徑校正值的情況進行了說明，但也可以手動輸入曲率校正指令52。
[0091]如上所述，根據(jù)實施方式2，能夠與實施方式I同樣地，高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工。另外，不需要基準值存儲部22及校正值輸入部27，因此，能夠用比曲率控制裝置20A低價的曲率控制裝置20B進行激光加工。
[0092]實施方式3
[0093]下面，使用圖9，說明本發(fā)明的實施方式3。在實施方式3中，使用光束分析儀，對激光加工機100的光束直徑50進行測量，將測量出的光束直徑50輸入至激光加工機100。
[0094]圖9是表示實施方式3涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖9中，示出曲率控制裝置20X的一個例子即曲率控制裝置20C的結(jié)構(gòu)。此外，在圖9的各結(jié)構(gòu)要素中，針對與圖3所示的實施方式I的曲率控制裝置20A實現(xiàn)相同功能的結(jié)構(gòu)要素，標注相同標號，省略重復(fù)的說明。
[0095]曲率控制裝置20C具有光束直徑輸入部21C、基準值存儲部22、校正值計算部23以及校正指令輸出部24。光束直徑輸入部21C與光束分析儀40連接。光束分析儀40是對由激光加工機100照射的激光的光束直徑50進行測量的裝置。光束分析儀40將測量出的光束直徑50傳輸至光束直徑輸入部21C。
[0096]光束直徑輸入部21C輸入光束直徑50，并傳輸至校正值計算部23。由此，校正值計算部23基于從光束直徑輸入部21C傳輸來的光束直徑50、和基準值存儲部22內(nèi)的光束直徑基準值51，計算光束直徑校正值。然后，校正指令輸出部24基于由校正值計算部23計算出的光束直徑校正值，生成曲率校正指令52，并輸出至可變曲率單元10。
[0097]此外，光束分析儀40也可以對透過加工透鏡37后的聚光點處的光斑直徑或焦點位置進行測量。在該情況下，通過可變曲率鏡2的曲率控制，校正光斑直徑的測量值與光束直徑基準值51之間的差異、或者焦點位置的測量值與預(yù)先設(shè)定的焦點位置的基準值之間的差異。
[0098]如上所述，根據(jù)實施方式3，能夠與實施方式I同樣地，高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工。另外，將使用光束分析儀40測量出的光束直徑輸入至光束直徑輸入部21C，因此，能夠以簡單的操作進行激光加工。另外，在使用光束分析儀40的情況下，通過設(shè)定為定期地測量光束直徑，從而不需要光束直徑的校正作業(yè)。
[0099]實施方式4
[0100]下面，使用圖10，說明本發(fā)明的實施方式4。在實施方式4中，利用曲率控制裝置，進行對光束直徑的波動進行校正的曲率控制、和與加工條件對應(yīng)的曲率控制這兩者。
[0101]圖10是表示實施方式4涉及的曲率控制裝置的結(jié)構(gòu)的框圖。在圖10中，示出曲率控制裝置20X的一個例子即曲率控制裝置20D的結(jié)構(gòu)。此外，在圖10的各結(jié)構(gòu)要素中，針對與圖3所示的實施方式I的曲率控制裝置20A實現(xiàn)相同功能的結(jié)構(gòu)要素，標注相同標號，省略重復(fù)的說明。
[0102]曲率控制裝置20D除了光束直徑輸入部21A、基準值存儲部22、校正值計算部23及校正指令輸出部24之外，還具有加工條件輸入部25、曲率控制部26。本實施方式的校正指令輸出部24將生成的曲率校正指令52傳輸至曲率控制部26。
[0103]加工條件輸入部25輸入加工條件，并傳輸至曲率控制部26。在這里的加工條件是被加工物30的板厚或材質(zhì)等。曲率控制部26基于加工條件而生成曲率變更指令。曲率變更指令是使可變曲率鏡2的曲率變更的指令。
[0104]曲率控制部26將合并曲率校正指令52和曲率變更指令而得到的指令，傳輸至可變曲率單元10。由此，利用可變曲率單元10，進行與曲率校正指令52對應(yīng)的曲率變更、和與加工條件對應(yīng)的曲率變更。此外，也可以將加工條件輸入部25及曲率控制部26，配置在曲率控制裝置20A?20C中。
[0105]如上所述，根據(jù)實施方式4，能夠與實施方式I同樣地，高速且以低成本進行穩(wěn)定的激光加工。另外，曲率控制裝置20D具有加工條件輸入部25及曲率控制部26，因此，能夠進行與加工條件對應(yīng)的曲率控制。
[0106]工業(yè)實用性
[0107]如上所述，本發(fā)明涉及的曲率控制裝置及激光加工機，適用于激光的光束直徑的校正。
[0108]標號的說明
[0109]2可變曲率鏡，6致動器，10可變曲率單元，20A?20D、20X曲率控制裝置，21A、21C光束直徑輸入部，22基準值存儲部，23校正值計算部，24校正指令輸出部，25加工條件輸入部，26曲率控制部，27校正值輸入部，30被加工物，31激光振蕩器，37加工透鏡，40光束分析儀，41丙烯酸類材料，42丙烯酸燒灼圖案，50光束直徑，100激光加工機。
【權(quán)利要求】
1.一種曲率控制裝置，其特征在于， 具有校正指令輸出部，該校正指令輸出部基于對由激光加工機照射的激光的與光束直徑、光束發(fā)散角或焦點位置相關(guān)的光束特性進行校正的光束校正值，生成對可變曲率鏡的曲率進行校正的曲率校正指令，并將生成的曲率校正指令輸出至使所述可變曲率鏡的曲率變更的可變曲率單元， 所述光束校正值是基于所述光束特性、和針對所述激光加工機的每個機種設(shè)定的光束特性基準值而計算出的值， 所述校正指令輸出部生成在由所述激光加工機照射出激光的情況下，使照射出的激光的光束特性與所述光束特性基準值成為相同值的曲率校正指令。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的曲率控制裝置，其特征在于， 所述光束特性基準值是利用由與所述激光加工機機種相同的激光加工機照射的激光的光束特性而計算出的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曲率控制裝置，其特征在于，還具有: 光束特性輸入部，其輸入所述光束特性； 基準值存儲部，其存儲有所述光束特性基準值；以及 校正值計算部，其基于所述光束特性及所述光束特性基準值，對所述光束校正值進行計算， 所述校正指令輸出部基于利用所述校正值計算部計算出的光束特性基準值，生成所述曲率校正指令。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的曲率控制裝置，其特征在于， 向所述光束特性輸入部輸入利用光束分析儀測量出的光束特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的曲率控制裝置，其特征在于， 利用所述光束分析儀測量的光束特性，是光束直徑、焦點位置或者透過加工透鏡后的聚光點處的光斑直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的曲率控制裝置，其特征在于， 還具有輸入所述光束校正值的校正值輸入部， 所述校正指令輸出部基于從所述校正值輸入部輸入的光束特性基準值，生成所述曲率校正指令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的曲率控制裝置，其特征在于， 所述光束特性是針對激光照射痕跡進行測量而得到的，該激光照射痕跡通過由所述激光加工機向光束特性測量用部件照射激光而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的曲率控制裝置，其特征在于， 所述光束特性測量用部件是通過照射激光而能夠形成激光照射痕跡的材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的曲率控制裝置，其特征在于， 所述光束特性測量用部件是丙烯酸類材料、熱敏紙或木材。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項所述的曲率控制裝置，其特征在于， 所述校正指令輸出部利用表示所述光束校正值與所述曲率校正指令的對應(yīng)關(guān)系的數(shù)據(jù)表或關(guān)系式，生成所述曲率校正指令。
11.一種激光加工機,其特征在于,具有: 可變曲率鏡； 可變曲率單元，其使所述可變曲率鏡的曲率變更；以及 曲率控制裝置，其對所述可變曲率單元進行控制， 所述曲率控制裝置具有校正指令輸出部，該校正指令輸出部基于對由激光加工機照射的激光的與光束直徑、光束發(fā)散角或焦點位置相關(guān)的光束特性進行校正的光束校正值，生成對可變曲率鏡的曲率進行校正的曲率校正指令，并將生成的曲率校正指令輸出至所述可變曲率單元， 所述光束校正值是基于所述光束特性、和針對所述激光加工機的每個機種設(shè)定的光束特性基準值而計算出的值， 所述校正指令輸出部生成在由所述激光加工機照射出激光的情況下，使照射出的激光的光束特性與所述光束特性基準值成為相同值的曲率校正指令。
【文檔編號】B23K26/00GK104254426SQ201380003138
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年4月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月26日
【發(fā)明者】西尾彰倫 申請人:三菱電機株式會社