專利名稱：加工控制裝置以及激光加工裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對(duì)向被加工物照射的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制的加工控制裝置 以及激光加工裝置。
背景技術(shù)：
在將激光向被加工物照射而對(duì)被加工物進(jìn)行激光加工的激光加工裝置中，利用加 工透鏡使激光在規(guī)定的焦點(diǎn)位置處聚光，將聚光后的激光向被加工物照射。在這種激光加 工裝置中，由于加工透鏡吸收激光，所以加工透鏡的折射率發(fā)生變化。該現(xiàn)象是熱透鏡效 應(yīng)，成為使激光的焦點(diǎn)位置變化的原因。因此，在激光加工裝置中，通過(guò)對(duì)加工透鏡的在光 軸方向上的位置進(jìn)行調(diào)整，由此對(duì)由熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移進(jìn)行校正，使激光在 期望的焦點(diǎn)位置處聚光。例如，在專利文獻(xiàn)1所記載的激光加工裝置中，為了對(duì)焦點(diǎn)位置的偏移進(jìn)行檢測(cè)， 而在與對(duì)被加工物進(jìn)行加工處理的區(qū)域不同的位置處(加工臺(tái)外)配置有被檢測(cè)物。然后， 在開始激光加工前，向被檢測(cè)物照射激光，基于被檢測(cè)物的溫度上升測(cè)定焦點(diǎn)位置的偏移， 并且基于該測(cè)定結(jié)果，在開始激光加工前，對(duì)被加工物和加工透鏡之間的距離進(jìn)行校正。另外，在專利文獻(xiàn)2所記載的激光加工裝置中，為了對(duì)焦點(diǎn)位置的偏移進(jìn)行檢測(cè)， 而在加工嘴上設(shè)置溫度檢測(cè)器。然后，基于該溫度檢測(cè)器的測(cè)定結(jié)果，對(duì)進(jìn)行激光加工時(shí)被 加工物和加工透鏡之間的距離進(jìn)行校正。專利文獻(xiàn)1 日本特開昭63-93491號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 日本特開昭63-93492號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
但是，在上述前者的現(xiàn)有技術(shù)中，由于在利用被檢測(cè)物校正焦點(diǎn)位置的偏移后，開 始激光加工，所以無(wú)法對(duì)激光加工中所產(chǎn)生的焦點(diǎn)位置的偏移進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。因此，存在無(wú) 法在準(zhǔn)確地對(duì)焦點(diǎn)位置的偏移進(jìn)行校正的同時(shí)進(jìn)行激光加工的問(wèn)題。另外，在上述后者的現(xiàn)有技術(shù)中，存在加工嘴的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題。另外，由于溫度 檢測(cè)器配置在遠(yuǎn)離加工透鏡的位置上，所以無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)激光加工中所產(chǎn)生的焦點(diǎn)位置的 偏移進(jìn)行檢測(cè)。因此，存在無(wú)法在準(zhǔn)確地對(duì)焦點(diǎn)位置的偏移進(jìn)行校正的同時(shí)進(jìn)行激光加工 的問(wèn)題。本發(fā)明就是鑒于上述情況而提出的，其目的在于，得到一種可以準(zhǔn)確地對(duì)向被加 工物照射的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制的加工控制裝置以及激光加工裝置。為了解決上述課題，達(dá)到目的，本發(fā)明提供一種加工控制裝置，其在激光加工裝置 使激光聚光于規(guī)定的焦點(diǎn)位置而對(duì)被加工物進(jìn)行激光加工時(shí)，對(duì)所述激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行 控制，其特征在于，具有計(jì)算部，其基于在激光加工中進(jìn)行變化的所述激光的輸出的大小， 對(duì)激光的照射位置處在激光加工中進(jìn)行變化的在光軸方向上的焦點(diǎn)位置的位置偏移變化 量進(jìn)行計(jì)算；以及焦點(diǎn)位置控制部，其基于所述計(jì)算部計(jì)算出的位置偏移變化量，對(duì)激光加工中的所述激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，以消除所述焦點(diǎn)位置的位置偏移。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，由于基于在激光加工中進(jìn)行變化的激光輸出的大小，計(jì)算焦點(diǎn)位置 的位置偏移變化量，所以具有可以準(zhǔn)確地對(duì)向被加工物照射的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制的 效果。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的激光加工裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖2是表示具有加工透鏡的加工頭的結(jié)構(gòu)的概略圖。
圖3是用于說(shuō)明加工頭內(nèi)的加工透鏡的移動(dòng)動(dòng)作的圖。
圖4是實(shí)施方式1所涉及的激光加工裝置的功能框圖。
圖5是表示實(shí)施方式1所涉及的激光加工裝置的動(dòng)作流程的流程圖。
圖6是表示加工中的激光的設(shè)定輸出變化的一個(gè)例子的圖。
圖7是表示加工中的焦點(diǎn)位置偏移量變化的一個(gè)例子的圖。
圖8是實(shí)施方式2所涉及的激光加工裝置的功能框圖。
圖9是表示實(shí)施方式2所涉及的激光加工裝置的動(dòng)作流程的流程圖。
圖10是用于說(shuō)明偏向鏡的曲率變化和焦點(diǎn)位置變化之間的關(guān)系的圖。
標(biāo)號(hào)的說(shuō)明
1激光振蕩器
2反射鏡
3 偏向鏡(bend mirror)
4光束最優(yōu)化單元
5、6偏向鏡
7加工透鏡
9被加工物
10加工頭
11透鏡保持筒
13透鏡保持隔板
14加工嘴
21設(shè)定信息輸入部
22計(jì)算部
23控制部
31熱透鏡信息
32設(shè)定信息
40,41驅(qū)動(dòng)部
100激光加工裝置
200加工控制裝置
300激光加工機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式下面，基于附圖，詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明所涉及的加工控制裝置以及激光加工裝置的實(shí)施方式。此外，本發(fā)明并不限定于本實(shí)施方式。實(shí)施方式1圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的激光加工裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。激光加 工裝置100構(gòu)成為包含激光振蕩器(激光輸出部)1、PR(Partial Reflection)反射鏡2、 偏向鏡3、光束最優(yōu)化單元4、偏向鏡5、6、以及加工透鏡7。激光振蕩器1是使C02激光等激光(束狀光)起振的裝置，在激光加工時(shí)，一邊使 激光輸出進(jìn)行各種變化，一邊射出激光。PR反射鏡(部分反射鏡)2對(duì)激光振蕩器1射出的 激光進(jìn)行部分反射，并向偏向鏡3引導(dǎo)。偏向鏡(光束角度變化用反射鏡)3改變從ra反 射鏡2傳輸來(lái)的激光的光束角度，并向光束最優(yōu)化單元4引導(dǎo)。光束最優(yōu)化單元(光束直 徑變更裝置)4對(duì)從偏向鏡3傳輸來(lái)的激光的光束直徑(直徑)進(jìn)行調(diào)整，并向偏向鏡5傳 輸。偏向鏡5、6是光束角度變化用反射鏡。偏向鏡5使得從光束最優(yōu)化單元4傳輸來(lái)的激 光的光束角度向水平方向偏向，然后向偏向鏡6傳輸。偏向鏡6使得從偏向鏡5傳輸來(lái)的 激光的光束角度向垂直下方偏向，然后向加工透鏡7傳輸。在偏向鏡5和偏向鏡6之間，安 裝有未圖示的使偏振變化的反射鏡。加工透鏡7將來(lái)自偏向鏡6的激光聚光為較小的光斑直徑，并向被加工物9照射。 本實(shí)施方式的加工透鏡7與從激光振蕩器1輸出的激光的功率(激光的設(shè)定輸出)的大小 等對(duì)應(yīng)地，調(diào)整焦點(diǎn)位置。由于激光的設(shè)定輸出在激光加工中發(fā)生各種變化，所以激光加工 裝置100在激光加工的期間，使加工透鏡7的位置與激光的設(shè)定輸出對(duì)應(yīng)地進(jìn)行各種變化。 由此，激光加工裝置100 —邊對(duì)由熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移進(jìn)行校正，一邊對(duì)被加 工物9進(jìn)行激光加工。激光加工裝置100中的熱透鏡效應(yīng)是由于I3R反射鏡2及加工透鏡 7的熱吸收而產(chǎn)生的。因此，在本實(shí)施方式中，對(duì)加工透鏡7的位置進(jìn)行調(diào)整，以消除由ra 反射鏡2及加工透鏡7的熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移。被加工物9載置在未圖示的加 工臺(tái)上，在該加工臺(tái)上進(jìn)行激光加工。圖2是表示具有加工透鏡的加工頭的結(jié)構(gòu)的概略圖。加工頭10具有透鏡保持筒 11、加工透鏡7、透鏡保持隔板13、以及加工嘴14。透鏡保持筒11是收容加工透鏡7、透鏡保持隔板13的框體，透鏡保持筒11以光軸 和筒軸相同的方式安裝在激光加工裝置100的主體上。加工透鏡7形成為大致圓板狀，設(shè)置在透鏡保持筒11內(nèi)，其主面處于與光軸方向 (焦點(diǎn)深度方向)垂直的方向。加工透鏡7以在透鏡保持筒11內(nèi)沿筒軸方向可自由移動(dòng)的 方式安裝。透鏡保持隔板13配置在透鏡保持筒11和加工透鏡7之間，在透鏡保持筒11內(nèi)的 規(guī)定位置處固定加工透鏡7。透鏡保持隔板13配置為包圍加工透鏡7的側(cè)面，經(jīng)由后述的 固定板16A、16B等與透鏡保持筒11的內(nèi)壁面?zhèn)鹊纸?。加工?4配置在透鏡保持筒11的 下部側(cè)，將經(jīng)由加工透鏡7傳輸來(lái)的激光向被加工物9側(cè)照射。在圖2中，以雙點(diǎn)劃線表示的光路A是通常使用時(shí)的光路，以虛線表示的光路B是 產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的情況下的光路。在通常使用時(shí)，將焦點(diǎn)位置設(shè)定在被加工物9的表面附 近(期望的加工位置)。另一方面，在產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的情況下，焦點(diǎn)位置從期望的加工位置偏移。在本實(shí)施方式中，即使在產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的情況下，激光加工裝置100也使加工透 鏡7移動(dòng)至與焦點(diǎn)位置的偏移量(焦點(diǎn)位置偏移量ζ)對(duì)應(yīng)的光軸方向上的位置，而進(jìn)行焦 點(diǎn)位置的校正。具體地說(shuō)，激光加工裝置100通過(guò)使加工透鏡7以與焦點(diǎn)位置偏移量ζ的變 化量(焦點(diǎn)位置變化量Δζ)相同的距離即位置校正值h(調(diào)整量)進(jìn)行移動(dòng)(位置校正)， 從而使激光在與沒(méi)有產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的情況相同的焦點(diǎn)位置處聚光。激光加工裝置100 — 邊與激光加工中進(jìn)行變化的焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ對(duì)應(yīng)地，使加工透鏡7以位置校正值h進(jìn) 行移動(dòng)，一邊對(duì)被加工物9進(jìn)行激光加工。此外，這里的焦點(diǎn)位置變化量△ ζ相當(dāng)于權(quán)利要 求書中記載的位置偏移變化量。圖3是用于說(shuō)明加工頭內(nèi)的加工透鏡的移動(dòng)動(dòng)作的圖。如該圖所示，加工頭10在其 內(nèi)部具有導(dǎo)桿(上下引導(dǎo)軸)15。導(dǎo)桿15以長(zhǎng)度方向?yàn)榧す獾墓廨S方向的方式安裝在加工 頭10內(nèi)。此外，在圖3中，說(shuō)明了導(dǎo)桿15為2根的情況，但導(dǎo)桿15也可以大于或等于3根。加工透鏡7的上表面?zhèn)冉?jīng)由透鏡保持隔板13與固定板16A抵接，并且下表面?zhèn)冉?jīng) 由透鏡保持隔板13與固定板16B抵接，利用固定板16A、16B進(jìn)行固定。固定板16A形成 為圓板狀，其在激光向加工透鏡7入射的位置處，開設(shè)有與加工透鏡7的上表面相比較大 的孔，不會(huì)妨礙激光向加工透鏡7入射。固定板16B形成為圓板狀，其在激光從加工透鏡7 射出的位置處，開設(shè)有與加工透鏡7的下表面相比較大的孔，不會(huì)妨礙激光從加工透鏡7射 出ο固定板16A、16B在外周部設(shè)置有使導(dǎo)桿15貫穿的通孔，沿導(dǎo)桿15的配置方向(長(zhǎng) 度方向)上下移動(dòng)。另外，固定板16A、16B與滾珠絲杠18螺合。滾珠絲杠18通過(guò)步進(jìn)電 動(dòng)機(jī)17而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果步進(jìn)電動(dòng)機(jī)17旋轉(zhuǎn)，則滾珠絲杠18旋轉(zhuǎn)，使固定板16A、16B沿 導(dǎo)桿15上下移動(dòng)。由此，加工透鏡7在加工頭10內(nèi)上下移動(dòng)。圖4是實(shí)施方式1所涉及的激光加工裝置的功能框圖。激光加工裝置100具有激 光加工機(jī)構(gòu)300和加工控制裝置200。激光加工機(jī)構(gòu)300包含激光振蕩器1、加工頭10、驅(qū) 動(dòng)部40等而構(gòu)成，基于來(lái)自加工控制裝置200的指令，對(duì)被加工物9進(jìn)行激光加工。激光加工機(jī)構(gòu)300將產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)的要素(信息)中可以由激光加工機(jī)構(gòu)300 取得的信息，作為熱透鏡信息31向加工控制裝置200發(fā)送。該熱透鏡信息31是與激光加 工時(shí)的激光加工機(jī)構(gòu)300的狀態(tài)相關(guān)的信息，為激光振蕩器1中設(shè)定的激光輸出(設(shè)定輸 出P)、加工透鏡7的焦距f、對(duì)光束最優(yōu)化單元4的設(shè)定值(光束直徑的設(shè)定值)(以下，稱 為光束最優(yōu)化單元設(shè)定值DiJ等。設(shè)定輸出P是根據(jù)加工程序(加工條件)而在激光加工 中進(jìn)行變化的值。另外，焦距f是由加工透鏡7的種類(直徑等)確定的值，是激光加工中 不變化的固定值。對(duì)于光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm，在一邊使向被加工物9照射的光束直徑 變化一邊進(jìn)行激光加工的情況下，為在激光加工中進(jìn)行變化的值，在將向被加工物9照射 的光束直徑固定而進(jìn)行激光加工的情況下，為在激光加工中不變化的固定值。驅(qū)動(dòng)部40根據(jù)從加工控制裝置200發(fā)送來(lái)的、用于調(diào)整加工透鏡7的位置的指令 (透鏡位置校正指令)，對(duì)加工頭10內(nèi)的加工透鏡7在光軸方向上的位置進(jìn)行調(diào)整。驅(qū)動(dòng) 部40將對(duì)加工透鏡7的位置進(jìn)行調(diào)整時(shí)的基準(zhǔn)位置設(shè)為加工透鏡7的當(dāng)前位置，使加工透 鏡7從該當(dāng)前位置以位置校正值h進(jìn)行移動(dòng)。加工控制裝置200計(jì)算與熱透鏡效應(yīng)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置變化量Δ z，將與焦點(diǎn)位置 變化量Δ ζ對(duì)應(yīng)的透鏡位置校正指令(位置校正值h)向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送。加工控制裝置200通過(guò)向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送透鏡位置校正指令，由此控制加工透鏡7在光軸 方向上的位置。加工控制裝置200具有設(shè)定信息輸入部21、計(jì)算部22、以及控制部(焦點(diǎn)位置控 制部)23。設(shè)定信息輸入部21具有鼠標(biāo)或鍵盤而構(gòu)成，由使用者輸入與熱透鏡效應(yīng)的產(chǎn)生 要因相關(guān)的信息，作為設(shè)定信息32。設(shè)定信息32是隨著激光加工裝置100的使用狀況等而 變化的信息，是可以例如每月1次等以使用者所期望的定時(shí)進(jìn)行變更的信息。另外，設(shè)定信 息32是在開始激光加工前預(yù)先輸入的信息，是在激光加工中不變化的固定值。設(shè)定信息32是與加工條件相關(guān)的信息，是例如加工透鏡7的熱吸收率Aw、ra反射 鏡2的熱吸收率Ap、焦點(diǎn)變化的時(shí)間常數(shù)τ、以及向被加工物9照射的激光的光束直徑ω。 此外，光束直徑ω可以從設(shè)定信息輸入部21輸入，也可以通過(guò)計(jì)算部22計(jì)算。下面，說(shuō)明 計(jì)算部22計(jì)算光束直徑ω的情況。加工透鏡7的熱吸收率Aw設(shè)定在例如0. 16 0. 25 )內(nèi)，I3R反射鏡2的熱吸 收率Ap設(shè)定為例如0.07 0.15 (%)。焦點(diǎn)變化的時(shí)間常數(shù)τ是在焦點(diǎn)位置變化時(shí)的焦 點(diǎn)位置的變化速度。光束直徑ω是向被加工物9照射的激光的光束直徑，使用規(guī)定的計(jì)算 式進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算部22使用輸入至設(shè)定信息輸入部21的設(shè)定信息32和來(lái)自激光加工機(jī)構(gòu)300 的熱透鏡信息31，計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δζ。計(jì)算部22將計(jì)算出的焦點(diǎn)位置變化量ΔΖ向 控制部23發(fā)送。計(jì)算部22使用例如下述所示的式(1)，計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ。Δζ = (α XAwXP/co2-z) X At/τ...(1)如式(1)所示，焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ依存于加工透鏡7的熱吸收率Aw和每單位面 積的光束強(qiáng)度(Ρ/ω2)。在式(1)中，α為常數(shù)。ω2是依存于設(shè)定輸出P、冊(cè)反射鏡2的 熱吸收率Ap、光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm、加工透鏡7的焦距f的值。而且，在用于確定ω2 的上述4個(gè)要素中，設(shè)定輸出P使用多項(xiàng)式。因此，使用者預(yù)先將上述4個(gè)值向設(shè)定信息輸 入部21輸入。由此，計(jì)算部22計(jì)算ω2，使用該ω2，計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δζ?？刂撇?3通過(guò)將與來(lái)自計(jì)算部22的焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ對(duì)應(yīng)的透鏡位置校正指 令(位置校正值h)，向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送，由此調(diào)整加工透鏡7在光軸方向上的位置。此外，設(shè)定信息32使用由使用者輸入的值，但也可以使用規(guī)定的默認(rèn)值。例如，作 為加工透鏡7的熱吸收率Aw的默認(rèn)值，設(shè)定為0. 12 )，并且，作為冊(cè)反射鏡2的熱吸收 率Ap的默認(rèn)值，設(shè)定為0. 15 )，將這些默認(rèn)值分別作為加工透鏡7的熱吸收率Aw、ra反 射鏡2的熱吸收率Ap。另外，焦點(diǎn)變化的時(shí)間常數(shù)τ也可以使用規(guī)定的默認(rèn)值。下面，說(shuō)明實(shí)施方式1所涉及的激光加工裝置100的動(dòng)作流程。圖5是表示實(shí)施 方式1所涉及的激光加工裝置的動(dòng)作流程的流程圖。在開始激光加工前，由使用者經(jīng)由設(shè) 定信息輸入部21輸入設(shè)定信息32 (步驟S10)。將該設(shè)定信息32從設(shè)定信息輸入部21輸 入至計(jì)算部22。另外，基于安裝于激光加工裝置100上的加工頭10，判斷焦距f。例如，在激光加 工裝置100中存儲(chǔ)表示加工頭10和焦距f之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系的信息表，激光加工裝置100從 該信息表中提取與加工頭10對(duì)應(yīng)的焦距f。另外，對(duì)于光束最優(yōu)化單元4，由使用者設(shè)定光 束最優(yōu)化單元設(shè)定值dm。
如果開始激光加工，則作為從激光振蕩器1射出的激光的當(dāng)前激光輸出，從加工 程序等中讀出設(shè)定輸出P (步驟S20)。然后，將包含設(shè)定輸出P、焦距f、光束最優(yōu)化單元設(shè) 定值Dm在內(nèi)的當(dāng)前熱透鏡信息31，從激光加工機(jī)構(gòu)300向計(jì)算部22輸入(步驟S30)。此外，激光加工機(jī)構(gòu)300也可以僅在加工開始后的第一次向計(jì)算部22輸入焦距f。 在此情況下，在開始激光加工后，僅在第一次將熱透鏡信息31向計(jì)算部22輸入時(shí)，在熱透 鏡信息31中包含焦距f。然后，在開始激光加工后的第2次以后向計(jì)算部22輸入的熱透鏡 信息31中，不包含焦距f。另外，在加工中光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm不變化的情況下，激光加工機(jī)構(gòu)300也 可以僅在加工開始后的第一次中向計(jì)算部22輸入光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm。在此情況下， 在開始激光加工后，僅在第一次將熱透鏡信息31向計(jì)算部22輸入時(shí)，在熱透鏡信息31中 包含光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm。然后，在開始激光加工后的第2次以后向計(jì)算部22輸入 的熱透鏡信息31中，不包含光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm。另一方面，在加工中光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm發(fā)生變化的情況下，激光加工機(jī)構(gòu) 300在向計(jì)算部22輸入的全部熱透鏡信息31中，包含光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm和設(shè)定輸 出P。在此情況下，光束最優(yōu)化單元設(shè)定值Dm是從加工程序讀出并被包含在熱透鏡信息31 內(nèi)的。計(jì)算部22使用設(shè)定信息32和熱透鏡信息31，計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ (步驟 S40)，將計(jì)算結(jié)果向控制部23發(fā)送?？刂撇?3將用于使加工透鏡7移動(dòng)與焦點(diǎn)位置變化 量Δ ζ對(duì)應(yīng)的距離的透鏡位置校正指令(位置校正值h)，向激光加工機(jī)構(gòu)300 (加工頭10) 發(fā)送(步驟S50)。該透鏡位置校正指令被發(fā)送至激光加工機(jī)構(gòu)300的驅(qū)動(dòng)部40中。驅(qū)動(dòng)部40使加工透鏡7從加工透鏡7的當(dāng)前位置以位置校正值h進(jìn)行移動(dòng)(步 驟S60)。具體地說(shuō)，在第n(n為自然數(shù))個(gè)時(shí)刻的焦點(diǎn)位置偏移量ζ為Zn，第(n+1)個(gè)時(shí) 刻的焦點(diǎn)位置偏移量ζ為Z(n+1)的情況下，在第(n+1)次的焦點(diǎn)位置校正時(shí)，使加工透鏡 7 移動(dòng)(Z(n+1)-Zn) = Δζ = hD驅(qū)動(dòng)部40確認(rèn)是否使加工透鏡7以位置校正值h進(jìn)行了移動(dòng)(步驟S70)。在沒(méi) 有使加工透鏡7以位置校正值h進(jìn)行移動(dòng)的情況下(步驟S70，否)，驅(qū)動(dòng)部40反復(fù)進(jìn)行步 驟S60、S70的處理。如果使加工透鏡7以位置校正值h進(jìn)行了移動(dòng)(步驟S70，是)，則驅(qū) 動(dòng)部40向加工控制裝置200通知移動(dòng)完成(步驟S80)。然后，如果激光加工沒(méi)有完成(步 驟S90，否)，則激光加工裝置100反復(fù)進(jìn)行步驟S20 S90的處理，直至激光加工完成為止。圖6是表示加工中的激光的設(shè)定輸出P的變化的一個(gè)例子的圖，圖7是表示加工 中的焦點(diǎn)位置偏移量變化的一個(gè)例子的圖。圖6所示的曲線圖的縱軸為設(shè)定輸出P(W)，橫 軸為加工時(shí)間(sec)。另外，圖7所示的曲線圖的縱軸為焦點(diǎn)位置偏移量z(mm)，橫軸為加 工時(shí)間(sec)。圖7所示的焦點(diǎn)位置偏移量z，與圖6所示的設(shè)定輸出P對(duì)應(yīng)而不斷變化。如圖6所示，激光加工裝置100通過(guò)反復(fù)進(jìn)行激光的射出開始和射出斷開而設(shè)定 有各種設(shè)定輸出P。然后，伴隨著設(shè)定輸出P的變化，焦點(diǎn)位置偏移量Z不斷變化。換言之， 在激光加工裝置100中，通過(guò)在激光加工中不斷計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δζ，其結(jié)果，可以得 到圖7所示的焦點(diǎn)位置偏移量ζ的履歷。在本實(shí)施方式中，通過(guò)使加工透鏡7移動(dòng)，以消除 該焦點(diǎn)位置偏移量ζ，從而對(duì)由熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移進(jìn)行校正。由此，無(wú)需使用 熱吸收率接近0的加工透鏡7及PR反射鏡2，就可以使激光在期望的焦點(diǎn)位置聚光。因此，可以以低成本對(duì)被加工物9進(jìn)行激光加工。此外，在本實(shí)施方式中，說(shuō)明了一邊進(jìn)行激光加工一邊計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δz，而對(duì)加工透鏡7的位置進(jìn)行校正的情況，但也可以在開始激光加工前，預(yù)先基于加工程序、 熱透鏡信息31、設(shè)定信息32等，計(jì)算各個(gè)加工時(shí)間的焦點(diǎn)位置變化量ΔΖ。如上述所示，根據(jù)實(shí)施方式1，由于基于設(shè)定輸出P等，對(duì)加工透鏡7在光軸方向上 的位置進(jìn)行控制，所以可以準(zhǔn)確地消除在激光加工中產(chǎn)生的焦點(diǎn)位置偏移。因此，可以以簡(jiǎn) 單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行形狀精度高的激光加工。實(shí)施方式2下面，使用圖8 圖10，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式2。在實(shí)施方式2中，基于設(shè)定輸 出P等，使偏向鏡6控制焦點(diǎn)位置。具體地說(shuō)，本實(shí)施方式的偏向鏡6與從激光振蕩器1輸 出的激光的功率大小等對(duì)應(yīng)地調(diào)整曲率。由于激光的設(shè)定輸出在激光加工中發(fā)生各種變 化，所以激光加工裝置100在激光加工的期間，使偏向鏡6的曲率與激光的設(shè)定輸出對(duì)應(yīng)地 進(jìn)行各種變化。由此，激光加工裝置100—邊對(duì)由熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移進(jìn)行校 正，一邊對(duì)被加工物9進(jìn)行激光加工。激光加工裝置100中的熱透鏡效應(yīng)是由PR反射鏡2 及加工透鏡7的熱吸收而產(chǎn)生的。因此，在本實(shí)施方式中，對(duì)偏向鏡6的曲率進(jìn)行控制(調(diào) 整)，以消除由I3R反射鏡2及加工透鏡7的熱透鏡效應(yīng)引起的焦點(diǎn)位置偏移。下面，說(shuō)明實(shí) 施方式2所涉及的激光加工裝置的功能結(jié)構(gòu)和動(dòng)作流程。圖8是實(shí)施方式2所涉及的激光加工裝置的功能框圖。在圖8的各結(jié)構(gòu)要素中， 對(duì)于與圖4所示的實(shí)施方式1的激光加工裝置100實(shí)現(xiàn)相同功能的結(jié)構(gòu)要素，標(biāo)注相同的 標(biāo)號(hào)，省略重復(fù)的說(shuō)明。激光加工裝置100具有激光加工機(jī)構(gòu)300和加工控制裝置200。激 光加工機(jī)構(gòu)300包含激光振蕩器1、偏向鏡6、以及驅(qū)動(dòng)部40等而構(gòu)成，基于來(lái)自加工控制 裝置200的指令，對(duì)被加工物9進(jìn)行激光加工。驅(qū)動(dòng)部41根據(jù)從加工控制裝置200發(fā)送來(lái)的、用于調(diào)整偏向鏡6的曲率的指令 (曲率校正指令)，對(duì)偏向鏡6的曲率進(jìn)行調(diào)整。驅(qū)動(dòng)部41將調(diào)整偏向鏡6的曲率時(shí)的基 準(zhǔn)位置設(shè)為偏向鏡6的當(dāng)前曲率，使偏向鏡6的曲率從該曲率以曲率校正值i進(jìn)行變化。加工控制裝置200計(jì)算與熱透鏡效應(yīng)對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位置變化量Δ z，將與焦點(diǎn)位置 變化量Δ ζ對(duì)應(yīng)的曲率校正指令(曲率校正值i)向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送。本實(shí)施方式 的加工控制裝置200通過(guò)向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送曲率校正指令，由此對(duì)偏向鏡6的曲率 進(jìn)行控制。具體地說(shuō)，控制部23通過(guò)將來(lái)自計(jì)算部22的、與焦點(diǎn)位置變化量ΔΖ對(duì)應(yīng)的曲 率校正指令(曲率校正值i)向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送，從而調(diào)整偏向鏡6的曲率，由此對(duì) 向被加工物9聚光的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行校正。在這里，說(shuō)明曲率可變的偏向鏡6 (曲率可變反射鏡)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子。本實(shí)施 方式的偏向鏡6構(gòu)成為包括激光反射部件，其可以利用例如空氣、水等流體壓力而使曲率 可變；反射部件支撐部；流體供給單元；階段地或連續(xù)地切換流體供給壓力的單元；以及流 體排出單元。激光反射部件設(shè)置在激光的光路上，并且利用流體壓力而彈性變形。反射部件支 撐部對(duì)激光反射部件的周圍部進(jìn)行支撐，與激光反射部件一起在激光反射面的相反側(cè)形成 空間。流體供給單元向反射部件支撐部的空間供給流體，流體排出單元從反射部件支撐部 的空間將流體排出。
在偏向鏡6中，除了流體供給路徑和流體排出路徑以外，使由激光反射部件和反 射部件支撐部形成的空間形成為密閉構(gòu)造。而且，在激光反射面的相反側(cè)施加使激光反射 部件發(fā)生彈性變形所需的流體壓力。利用該流體壓力的變化，使偏向鏡6的激光反射部件 的表面變形為凸面或者凹面，從而使曲率變化。下面，說(shuō)明實(shí)施方式2所涉及的激光加工裝置100的動(dòng)作流程。圖9是表示實(shí)施 方式2所涉及的激光加工裝置的動(dòng)作流程的流程圖。在這里，對(duì)于與圖5所說(shuō)明的實(shí)施方 式2所涉及的激光加工裝置100進(jìn)行相同動(dòng)作的流程，省略其說(shuō)明。激光加工裝置100直至計(jì)算焦點(diǎn)位置變化量Δ ζ的處理為止，進(jìn)行與實(shí)施方式1 的激光加工裝置100相同的處理。此外，圖9所示的步驟SllO 140的處理，與圖5所示 的步驟SlO 40的處理對(duì)應(yīng)。計(jì)算部22將使用設(shè)定信息32和熱透鏡信息31 (設(shè)定輸出P等)計(jì)算出的焦點(diǎn)位 置變化量Δ (計(jì)算結(jié)果)向控制部23發(fā)送?？刂撇?3將用于使偏向鏡6移動(dòng)與焦點(diǎn)位置 變化量Δ ζ對(duì)應(yīng)的曲率的曲率校正指令(曲率校正值i)，向激光加工機(jī)構(gòu)300發(fā)送(步驟 S150)。該曲率位置校正指令發(fā)送至激光加工機(jī)構(gòu)300的驅(qū)動(dòng)部41。驅(qū)動(dòng)部41使偏向鏡6的曲率從偏向鏡6的當(dāng)前曲率以曲率校正值i進(jìn)行變化(步 驟S160)。具體地說(shuō)，在第m(m為自然數(shù))個(gè)時(shí)刻的焦點(diǎn)位置偏移量ζ為Zm，第(m+1)個(gè)時(shí) 刻的焦點(diǎn)位置偏移量ζ為Z(m+1)的情況下，在第(m+1)次的焦點(diǎn)位置校正時(shí)，使偏向鏡6 的曲率變化，以使得焦點(diǎn)位置變化(Z (m+1)-Zm)。驅(qū)動(dòng)部41確認(rèn)是否使偏向鏡6的曲率以曲率校正值i進(jìn)行了變化(步驟S170)。 在沒(méi)有使偏向鏡6的曲率以曲率校正值i進(jìn)行變化的情況下(步驟S170，否)，驅(qū)動(dòng)部41 反復(fù)進(jìn)行步驟S160、S170的處理。如果使偏向鏡6的曲率以曲率校正值i進(jìn)行了變化(步 驟S170，是)，則驅(qū)動(dòng)部41向加工控制裝置200通知曲率變化完成(步驟S180)。在這里，說(shuō)明偏向鏡6的曲率變化和焦點(diǎn)位置變化之間的關(guān)系。圖10是用于說(shuō)明 偏向鏡的曲率變化和焦點(diǎn)位置變化之間的關(guān)系的圖。圖10的左側(cè)示出偏向鏡6為凸面的 情況，圖10的右側(cè)示出偏向鏡6為凹面的情況。經(jīng)由凸面的偏向鏡6向被加工物9照射的激光，與平行光的激光向被加工物9照 射的情況相比，焦點(diǎn)位置變長(zhǎng)。經(jīng)由凹面的偏向鏡6向被加工物9照射的激光，與平行光的 激光向被加工物9照射的情況相比，焦點(diǎn)位置變短。如上述所示，在本實(shí)施方式中，通過(guò)使偏向鏡6的曲率變化，由此與使加工透鏡7 的位置變化的情況相同地，可以使得向被加工物9照射的激光的焦點(diǎn)位置變化。在驅(qū)動(dòng)部41向加工控制裝置200通知了曲率變化完成后，如果激光加工沒(méi)有完成 (步驟S190，否)，則激光加工裝置100反復(fù)進(jìn)行步驟S120 S190的處理，直至激光加工完 成為止。如上述所示，根據(jù)實(shí)施方式2，由于基于設(shè)定輸出P等對(duì)偏向鏡6的曲率進(jìn)行控制， 所以可以準(zhǔn)確地消除在激光加工中產(chǎn)生的焦點(diǎn)位置偏移。因此，可以以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行形 狀精度高的激光加工。工業(yè)實(shí)用性如上述所示，本發(fā)明所涉及的加工控制裝置以及激光加工裝置，適用于向被加工 物照射的激光的焦點(diǎn)位置控制。
權(quán)利要求
一種加工控制裝置，其在激光加工裝置使激光聚光于規(guī)定的焦點(diǎn)位置而對(duì)被加工物進(jìn)行激光加工時(shí)，對(duì)所述激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，其特征在于，具有計(jì)算部，其基于在激光加工中進(jìn)行變化的所述激光的輸出的大小，對(duì)激光的照射位置處在激光加工中進(jìn)行變化的在光軸方向上的焦點(diǎn)位置的位置偏移變化量進(jìn)行計(jì)算；以及焦點(diǎn)位置控制部，其基于所述計(jì)算部計(jì)算出的位置偏移變化量，對(duì)激光加工中的所述激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，以消除所述焦點(diǎn)位置的位置偏移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工控制裝置，其特征在于，所述激光加工裝置具有加工透鏡，其使所述激光在規(guī)定的焦點(diǎn)位置處聚光，所述焦點(diǎn)位置控制部通過(guò)對(duì)激光加工中的所述加工透鏡在光軸方向上的位置進(jìn)行控 制，由此對(duì)所述激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工控制裝置，其特征在于，所述激光加工裝置還具有加工透鏡，其使所述激光在規(guī)定的焦點(diǎn)位置處聚光；以及偏向鏡，其將所述激光向所述加工透鏡引導(dǎo)，所述焦點(diǎn)位置控制部通過(guò)對(duì)激光加工中的所述偏向鏡的曲率進(jìn)行控制，由此對(duì)所述激 光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的加工控制裝置，其特征在于，所述計(jì)算部使用所述激光的輸出的大小，計(jì)算所述激光的每單位面積的光束強(qiáng)度，并 且使用計(jì)算出的每單位面積的光束強(qiáng)度和從外部輸入的所述加工透鏡的熱吸收率，計(jì)算所 述位置偏移變化量。
5.一種激光加工裝置，其通過(guò)對(duì)激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，由此使所述激光在規(guī)定的 焦點(diǎn)位置處聚光，而對(duì)被加工物進(jìn)行激光加工，其特征在于，具有激光輸出部，其輸出激光；計(jì)算部，其基于在激光加工中進(jìn)行變化的所述激光的輸出的大小，對(duì)激光的照射位置 處在激光加工中進(jìn)行變化的在光軸方向上的焦點(diǎn)位置的位置偏移變化量進(jìn)行計(jì)算；以及焦點(diǎn)位置控制部，其基于所述計(jì)算部計(jì)算出的位置偏移變化量，對(duì)激光加工中的所述 激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，以消除所述焦點(diǎn)位置的位置偏移。
全文摘要
一種加工控制裝置，其在激光加工機(jī)構(gòu)(300)使激光聚光于規(guī)定的焦點(diǎn)位置而對(duì)被加工物進(jìn)行激光加工時(shí)，對(duì)激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，其具有計(jì)算部(22)，其基于在激光加工中進(jìn)行變化的激光的輸出的大小，對(duì)激光的照射位置處在激光加工中進(jìn)行變化的在光軸方向上的焦點(diǎn)位置的位置偏移變化量進(jìn)行計(jì)算；以及控制部(23)，其基于計(jì)算部(22)計(jì)算出的位置偏移變化量，對(duì)激光加工中的激光的焦點(diǎn)位置進(jìn)行控制，以消除焦點(diǎn)位置的位置偏移。
文檔編號(hào)B23K26/04GK101990478SQ20098011236
公開日2011年3月23日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月4日
發(fā)明者山本達(dá)也, 橫井茂, 迎友則, 高橋圭二 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社