激光加工装置

摘要

一种具备不停止激光振荡而降低反射光强度的功能以避免因反射光导致的故障等的激光加工装置。对激光振荡器进行控制的控制装置具有：激光加工指令部，其输出激光加工指令；存储器，其存储激光输出条件和监视到的反射光强度；预加工指令部，其在激光加工指令之前输出预加工指令，该预加工指令包括与该激光加工指令的激光输出条件不同的激光输出条件；比较部，其将存储器中存储的反射光强度与第一判定值及低于第一判定值的第二判定值进行比较；输出条件变更部，其基于比较部的比较结果来设定、变更预加工指令的激光输出条件；以及预加工结束部，其基于规定的条件来结束基于该预加工指令的预加工。

权利要求

1.一种激光加工装置，通过向被加工物照射激光来进行该被加工物的激光加工，该激光加工装置的特征在于，具备：激光加工指令部，其输出包括激光穿孔、激光切割、激光标记以及激光焊接中的至少一个的激光加工指令；

检测器，其监视来自所述被加工物的反射光强度；

存储器，其存储包括激光输出指令值、脉冲照射时间及脉冲周期的激光输出条件以及由所述检测器监视到的反射光强度；

预加工指令部，其在所述激光加工指令之前输出预加工指令，该预加工指令包括与所述激光加工指令的激光输出条件不同的激光输出条件；

比较部，其将所述存储器中存储的反射光强度与第一判定值及低于所述第一判定值的第二判定值进行比较；

输出条件变更部，其基于所述比较部的比较结果来变更所述预加工指令的激光输出条件；以及预加工结束部，其基于规定的条件来结束基于所述预加工指令的预加工。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，在监视到的反射光强度为所述第二判定值以下的情况下，所述输出条件变更部使输出峰值变大、或者使脉冲照射时间变长、或者使脉冲占空比增加。

3.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，在监视到的反射光强度为所述第一判定值以上的情况下，所述输出条件变更部使输出峰值变小、或者使脉冲照射时间变短、或者使脉冲占空比减少。

4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，在所述输出峰值、所述脉冲照射时间或者所述脉冲占空比变为预先设定的规定的值以上的情况下，所述预加工结束部结束所述预加工指令。

5.根据权利要求3所述的激光加工装置，其特征在于，在所述输出峰值、所述脉冲照射时间或者所述脉冲占空比变为预先设定的规定的值以下的情况下，所述预加工指令部进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令。

6.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，在所述反射光强度变为预先设定的小于所述第二判定值的第三判定值以下的时间点，所述预加工结束部结束所述预加工指令。

7.根据权利要求1～6中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，在加工头处具备所述检测器。

8.根据权利要求1～6中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，在激光振荡器内的至少两个位置配置有所述检测器。

说明书

激光加工装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种降低来自被加工物的反射光的强度并进行激光加工的激光加工装置。

背景技术

[0002] 已知如下一种技术：在向金属材料等被加工物(工件)照射激光来进行激光加工的情况下，利用来自工件的反射光来实现切割质量的提高。例如日本特开平02-179376号公报中记载了一种激光加工装置，其具有：反射光检测单元，其检测由于在工件表面处的反射而返回到激光振荡器内的反射激光的水平；探测单元，其探测反射激光的水平减少为规定值以下的时间点；以及输出指令单元，其以第一输出水平输出激光来对工件进行加热，从反射激光的水平减少为规定值以下的时间点起以第二输出水平输出激光来对工件进行打孔加工。

[0003] 另外，日本专利第2706498号公报中记载了一种激光加工装置，其具有：反射光检测单元，其检测由于在工件表面处的反射而返回到激光振荡器内的反射激光的水平；探测单元，其探测反射激光的水平减少为规定值以下的时间点；以及指令单元，其以所需的输出水平输出激光来开始打孔加工，在反射激光的水平减少为规定值以下的时间点结束打孔加工，并继续输出接下来的打孔加工的指令。

[0004] 在被加工物是铜、铝等容易反射激光的金属材料的情况下，有时在向被加工物照射激光的瞬间该激光的一部分在与往路相似的路径上沿反方向前进而作为反射光返回到激光振荡器，由此存在激光振荡器、激光光路发生故障、损伤的情况。作为用于防止像这样由于反射光返回到激光振荡器内而造成无法控制激光输出或光学系统发生损伤的以往技术例，日本特开2013-146752号公报中记载了一种激光加工装置，其具备：激光振荡器，其以能够根据加工条件来改变激光的输出的方式振荡激光；光纤，其用于传输激光；传感器，其检测从光纤的包层侧面漏出的光的强度并输出表示该强度的检测信号；以及振荡控制部，其基于检测信号来控制该激光加工装置的动作，并且，日本特开2013-146752号公报还记载了：在激光振荡器的输出为规定输出以下的情况下，振荡控制部将与该输出对应地设定的第一阈值同根据所述检测信号得到的强度或光量进行比较，在激光振荡器的输出比规定输出高的情况下，将与该输出对应地设定的第二阈值同根据所述检测信号得到的强度或光量进行比较，基于比较得到的结果来控制该激光加工装置的动作。

[0005] 如上所述，在激光加工的被加工物是铜、铝等容易反射激光的金属材料的情况下、在加工点处的能量密度低的情况下，当聚光点位于被加工物的表面上时，有时所照射的激光的一部分在与往路相同的路径上沿反方向前进而作为反射光返回到激光振荡器。该反射光的量越多(或者强度越高)，则激光加工机的光路、光源发生损伤的可能性越高。以往，为了防止过大的反射光，需要预先以暂定的条件向被加工物的表面照射激光，在反射光的强度高到造成不良影响的程度的情况下，对加工条件进行变更(优化)以降低反射光强度。

[0006] 上述的日本特开平02-179376号公报和日本专利第2706498号公报所记载的技术虽然对反射光(散射光)进行检测，但是并不降低或排除反射光对激光源等造成的不良影响。另一方面，日本特开2013-146752号公报所记载的技术虽然防止因反射光(返回光)导致的不良状况的产生，但是存在当返回光的强度超过了阈值时停止激光的振荡的情况，可以认为在该情况下激光加工装置的运转率下降。

发明内容

[0007] 因此，本发明的目的在于提供一种具备不停止激光振荡而降低反射光强度的功能以避免因反射光导致的故障等的激光加工装置。

[0008] 为了实现上述目的，本申请发明提供一种激光加工装置，通过向被加工物照射激光来进行该被加工物的激光加工，该激光加工装置具备：激光加工指令部，其输出包括激光穿孔、激光切割、激光标记以及激光焊接中的至少一个的激光加工指令；检测器，其监视来自所述被加工物的反射光强度；存储器，其存储包括激光输出指令值、脉冲照射时间及脉冲周期的激光输出条件以及由所述检测器监视到的反射光强度；预加工指令部，其在所述激光加工指令之前输出预加工指令，该预加工指令包括与所述激光加工指令的激光输出条件不同的激光输出条件；比较部，其将所述存储器中存储的反射光强度与第一判定值及低于所述第一判定值的第二判定值进行比较；输出条件变更部，其基于所述比较部的比较结果来变更所述预加工指令的激光输出条件；以及预加工结束部，其基于规定的条件来结束基于所述预加工指令的预加工。

[0009] 在优选的实施方式中，在监视到的反射光强度为所述第二判定值以下的情况下，所述输出条件变更部使输出峰值变大、或者使脉冲照射时间变长、或者使脉冲占空比增加。在该情况下，也可以是，在所述输出峰值、所述脉冲照射时间或者所述脉冲占空比变为预先设定的规定的值以上的情况下，所述预加工结束部结束所述预加工指令。

[0010] 在优选的实施方式中，在监视到的反射光强度为所述第一判定值以上的情况下，所述输出条件变更部使输出峰值变小、或者使脉冲照射时间变短、或者使脉冲占空比减少。在该情况下，也可以是，在所述输出峰值、所述脉冲照射时间或者所述脉冲占空比变为预先设定的规定的值以下的情况下，所述预加工指令部进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令。

[0011] 在优选的实施方式中，在所述反射光强度变为预先设定的第三判定值以下的时间点，所述预加工结束部结束所述预加工指令。

[0012] 在优选的实施方式中，激光加工装置在加工头处具备所述检测器。

[0013] 在优选的实施方式中，在激光振荡器内的至少两个位置配置有所述检测器。

附图说明

[0014] 通过参照附图对以下的优选的实施方式进行说明，本发明的上述或其它目的、特征以及优点会变得更明确。

[0015] 图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的激光加工装置的概要结构的图。

[0016] 图2是概要性地表示图1的激光加工装置所具有的激光振荡器的内部的图。

[0017] 图3是表示图1的激光加工装置中的处理的一例的流程图。

[0018] 图4是表示在图1的激光加工装置中预加工和正式加工中的激光输出和反射光强度的历时变化的一例的曲线图。

[0019] 图5是说明在图4所示的预加工中基于反射光强度与第一判定值或第二判定值之间的大小关系的处理的具体例的曲线图。

[0020] 图6是说明在图4所示的预加工中基于反射光强度与第一判定值或第二判定值之间的大小关系的处理的其它具体例的曲线图。

[0021] 图7是说明在输出峰值、脉冲照射时间或者脉冲占空比变为预先设定的规定的值以上的情况下结束预加工的处理的例子的曲线图。

[0022] 图8是表示图7的代替例的曲线图。

[0023] 图9是表示图7的其它代替例的曲线图。

[0024] 图10是说明在输出峰值变为预先设定的规定的值以下的情况下进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令的处理的曲线图。

[0025] 图11是说明在脉冲照射时间变为预先设定的规定的值以下的情况下进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令的处理的曲线图。

[0026] 图12是说明在脉冲占空比变为预先设定的规定的值以下的情况下进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令的处理的曲线图。

[0027] 图13是例示在反射光强度变为预先设定的第三判定值以下的时间点结束预加工指令的处理的曲线图。

[0028] 图14是表示以往技术所涉及的激光加工装置中的激光输出与反射光强度之间的关系的一例来作为与本实施方式比较的例子的曲线图。

[0029] 图15是表示以往技术所涉及的激光加工装置中的激光输出与反射光强度之间的关系的其它例子来作为与本实施方式比较的例子的曲线图。

具体实施方式

[0030] 图1是表示本发明的优选实施方式所涉及的激光加工装置10的概要结构的图。激光加工装置10构成为通过向被加工物(工件)12照射激光来对工件12进行包括激光穿孔、激光切割、激光标记以及激光焊接中的至少一个的激光加工。在图示例中，激光加工装置10具有激光振荡器14、光纤16以及加工头18，从激光振荡器14输出的激光通过光纤16进行传输从而被引导到加工头18，再通过聚光光学系统(未图示)等被聚光后大致垂直地照射到工件12的表面。

[0031] 激光加工装置10具备对来自工件12的反射光的强度进行检测(监视)的光传感器等检测器20，在图1的例子中，检测器20设置于加工头18。通过将检测器20设置于加工头18等激光振荡器14的外部，能够实现激光振荡器14的低成本化。

[0032] 图2是例示在激光振荡器14内部的至少两个位置处设置有检测器的情况的图。在图2的例子中，在激光振荡器14内，在光纤16的轴向端部配置有一个检测器20，在由芯22和包层24形成的光纤16的包层24的外表面配置有一个检测器20。通过像这样在多个位置设置检测器20，能够更准确地检测(监视)反射光强度。

[0033] 如图1所示，激光加工装置10具有对激光振荡器14进行控制的控制装置26，控制装置26具有：激光加工指令部28，其输出包括激光穿孔、激光切割、激光标记以及激光焊接中的至少一个的激光加工指令；存储部(存储器)30，其存储包括激光输出指令值、脉冲开启(pulse-on)时间及脉冲周期的激光输出条件以及由检测器20监视到的反射光强度；预加工指令部32，其在激光加工指令之前输出预加工指令，该预加工指令包括与该激光加工指令的激光输出条件不同的激光输出条件；比较部34，其将存储器30中存储的反射光强度与第一判定值及低于第一判定值的第二判定值进行比较；输出条件变更部36，其基于比较部34的比较结果，来设定、变更预加工指令的激光输出条件；以及预加工结束部38，其基于规定的条件来结束基于该预加工指令的预加工。其中，也能够使除控制装置26以外的装置承担激光加工指令部28、存储器30、预加工指令部32、比较部34、输出条件变更部36以及预加工结束部38的功能中的至少一个。另外，例如能够作为CPU(处理器)来提供激光加工指令部28、预加工指令部32、比较部34、输出条件变更部36以及预加工结束部38。

[0034] 图3是表示激光加工装置10中的激光加工的大致流程的一例的流程图。首先，进行后述的预加工(步骤S1)，接着，进行基于规定的激光输出条件的正式加工。正式加工包括激光穿孔、激光切割、激光标记以及激光焊接中的至少一个，而在此设在穿孔(打孔)(步骤S2)之后进行切割(步骤S3)。

[0035] 激光加工装置10的控制装置26能够存储、输出与工件12的材质、板厚相应的激光加工指令(加工条件)，预加工指令是以上述激光加工指令为基础设定的，在激光加工开始时先于激光加工指令被执行。例如，在工件12是厚度2mm的铝板、要对其进行穿孔(打孔)的情况下，激光加工指令(加工条件)例如是3000W、100Hz、占空比40％、时间1秒，在激光加工指令之前执行的预加工的条件例如是2000W、1000Hz、占空比10％、时间0.1秒。

[0036] 图4表示上述的预加工和正式加工中的激光输出和反射光强度的历时变化的一例，具体地说，曲线图40表示激光输出的历时变化，曲线图42表示反射光强度的历时变化。

[0037] 在曲线图40中，在参照标记46所示的正式加工之前，根据预加工指令来进行参照标记44所示的预加工，该预加工指令包括与正式加工中的激光加工指令的激光输出条件不同的激光输出条件。在图4的例子中，与正式加工中的激光加工指令所包括的激光输出指令值P1相比，预加工指令所包括的激光输出指令值P2更小。

[0038] 如曲线图42所示，当进行如上所述的预加工时，检测器20监视的反射光强度为低于对激光振荡器造成损伤的强度L0(报警水平)的值，因此不会因报警而停止激光振荡，而且还能够防止激光振荡器的损伤。另外，在图4的例子中，反射光强度比低于强度L0的预先决定的第一判定值L1低，而关于反射光强度变得比判定值L1高的情况在后面叙述。

[0039] 即使如曲线图40中的预加工44那样以相同的激光输出条件进行激光照射，也会逐渐地使工件表面损伤或在工件表面形成孔(凹坑)，从而反射光变得容易被工件表面吸收，其结果是，反射光强度逐渐减少。在此，如果反射光强度变得比低于判定值L1的预先决定的第二判定值L2低，则判断为能够不受反射光的影响地开始正式加工，能够结束预加工而转移到正式加工。这样，能够不因报警等而停止激光振荡从而运转率下降、而且也不会发生工件的加工不良地进行激光加工。

[0040] 图5和图6是说明在图4所示的预加工中基于反射光强度与第一判定值L1或第二判定值L2之间的大小关系的处理的具体例的图。

[0041] 在如实线a所示那样反射光强度大于第一判定值L1的情况下，为了可靠地避免反射光强度达到报警水平(L0)，输出条件变更部36使输出峰值(激光输出指令值)变小、或者使脉冲照射时间(脉冲开启时间)变短、或者使脉冲占空比变小。此外，在图5的例子中是使输出峰值变小，在图6的例子中是使脉冲照射时间变短。由此，能够将反射光强度降低为第一判定值L1以下。

[0042] 另外，在如点线b所示那样反射光强度为第一判定值L1以下且为第二判定值L2以上的情况下，无需变更激光输出条件。

[0043] 另一方面，在如虚线c所示那样反射光强度小于第二判定值L2的情况下，为了增加对工件的热输入量，输出条件变更部36使输出峰值变大、或者使脉冲照射时间变长、或者使脉冲占空比变大。此外，在图5的例子中是使输出峰值变大，在图6的例子中是使脉冲照射时间变长。由此，能够将反射光强度升高为第二判定值L2以上。

[0044] 图7是说明在输出峰值、脉冲照射时间或者脉冲占空比变为预先设定的规定的值以上的情况下使预加工结束的处理的例子的图。当一定量的激光被工件表面吸收时，工件表面发生变质，激光变得更容易被工件吸收。在该情况下，即使提高激光的强度，反射光强度也不会不利地变大，因此能够如图7所示那样使输出峰值阶段性地变大来使对工件的热输入量高效地上升。

[0045] 能够对输出峰值预先设定作为上限的规定的值。在即使使输出峰值变大到上限、反射光强度也为第一判定值L1以下(更优选的是，为第二判定值L2以下)的情况下，能够判断为工件表面处于受损等已变质的状态、反射光已变少。因此，能够事先设定为：在输出峰值变为规定的值P0以上(第三阶段)的情况下结束预加工指令。此外，能够适当设定规定的值P0，但是也可以将规定的值P0设为额定输出。

[0046] 图8和图9是表示图7的代替例的图。图8示出了脉冲关闭(pulse-off)时间(不进行脉冲照射的时间)t1固定且使脉冲开启时间(脉冲照射时间)阶段性地变长的情况来作为使对工件的热输入增加的例子。另外，图9示出了使脉冲周期t2固定且使脉冲占空比阶段性地变长的情况来作为使对工件的热输入增加的其它例子。

[0047] 能够如图8所示那样对脉冲照射时间预先设定上限值t3。在即使使脉冲照射时间变长到上限值t3、反射光强度也为第一判定值L1以下(更优选的是，为第二判定值L2以下)的情况下，能够判断为工件表面处于受损等已变质的状态、反射光已变少。因此，能够事先设定为：在脉冲照射时间变为规定的上限值以上的情况下结束预加工指令。

[0048] 与图8类似，能够如图9所示那样对脉冲占空比预先设定上限值t4。在即使使脉冲占空比增加到上限值t4、反射光强度也为第一判定值L1以下(更优选的是，为第二判定值L2以下)的情况下，能够判定为工件表面处于受损等已变质的状态、反射光已变少。因此，能够事先设定为：在脉冲占空比变为规定的上限值以上的情况下结束预加工指令。

[0049] 图10是例示在输出峰值变为预先设定的规定的值以下的情况下进行警报通知或停止运转、或者除变更激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令的处理的图。能够对输出峰值预先设定下限值P3。在如图10(的第三阶段)所示那样即使使输出峰值小于下限值P3、反射光强度也不低于第一判定值L1的情况下，工件表面未受损，当在该状态下结束预加工指令时，存在以下可能性：在执行接下来的激光加工指令时，反射光强度变大，对激光振荡器造成损伤。因此在这种情况下，优选的是，预加工指令部32进行警报通知或停止运转、或者变更除激光输出指令以外的加工条件来再次执行预加工指令。

[0050] 图11和图12是表示图10的代替例的图。图11示出了在脉冲关闭时间t5固定且使脉冲照射时间逐渐变小时、即使脉冲照射时间低于规定的下限值t6反射光强度也不低于第一判定值L1的情况(第五阶段)，图12示出了在脉冲周期t7固定且使脉冲占空比逐渐变小时、即使脉冲占空比低于规定的下限值t8反射光强度也不低于第一判定值L1的情况(第五阶段)。在这些情况下，工件表面未受损，当在该状态下结束预加工指令时，存在以下可能性：在执行接下来的激光加工指令时，反射光强度变大，对激光振荡器造成损伤。因此，优选的是，在脉冲照射时间或脉冲占空比变为规定的下限值以下的情况下，进行警报通知或停止运转，或者变更除激光输出指令以外的加工条件(例如焦点位置的高度)来再次执行预加工指令。

[0051] 图13是例示在反射光强度变为预先设定的第三判定值以下的时间点结束预加工指令的处理的图。能够对反射光强度预先设定小于第二判定值L2的第三判定值L3。如上所述，在工件表面受损从而变为反射光少的状态的情况下，能够结束预加工指令，执行接下来的激光加工指令。因此，设定反射光强度足够少的阈值来作为第三判定值L3，在反射光强度变为第三判定值L3以下的时间点结束预加工指令，由此能够缩短预加工指令时间。

[0052] 图14和图15是表示以往技术所涉及的激光加工装置中的激光输出与反射光强度之间的关系来作为与本实施方式比较的例子的曲线图。图14表示以下例子：在执行参照标记50所示的正式加工(穿孔、切割、标记等)的过程中反射光强度达到规定的阈值L0(报警水平)的情况下，如点线52所示那样使激光输出停止。在该例子中，发生因激光振荡的停止而导致的加工不良、激光加工装置的运转率的下降。另一方面，图15示出了以下情况：即使在执行参照标记54所示的正式加工(穿孔、切割、标记等)的过程中反射光强度达到规定的阈值L0(报警水平)，也使报警的设定无效，或者设定跨越固定时间的报警屏蔽时间t9。在该情况下，存在以下担忧：激光振荡器因过大的反射光而受到损伤，其寿命下降。

[0053] 但是，在本实施方式中，能够一边监视并存储反射光强度，一边对工件上的加工开始点以不会因反射光而发生报警的输出进行预加工，使工件表面变质，来降低之后的反射光强度，因此能够不停止激光振荡地转移到正式加工(穿孔、切割、标记、焊接)。

[0054] 根据本发明所涉及的激光加工装置，能够以不对振荡器造成损伤的激光输出条件来使工件表面受损，利用该损伤来降低之后的反射光强度。因此，不会发生因报警而停止激光振荡所导致的加工不良、运转率下降等问题。另外，也不会发生激光振荡器的故障。