激光加工方法和激光加工设备的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及激光加工方法和激光加工设备。
【背景技术】
[0002]日本专利申请公布第3-199907号(JP3-199907A)描述了以下技术:使用激光束当在由高强度金属材料或陶瓷材料制成的平板状工件中形成预定尺寸的通孔时，在测量通孔的同时形成通孔。更具体地，基于流体流过通孔的每单位时间流量来测量通孔的尺寸。例如，提供了保护气体如氦气来减小由所发射的激光束产生的等离子的阻挡效应。也就是说，流过通孔的流体为保护气体。
[0003]虽然在JP3-199907A中所描述的技术能够借助于使用激光束来相对精确地形成通孔，但是在精度方面仍然存在改进的余地。
【发明内容】
[0004]因此，本发明提供了一种通过发射激光来在工件中精确地形成通孔的激光加工方法和激光加工设备。
[0005]本发明的第一方面涉及一种激光加工方法，该激光加工方法包括:通过发射激光来在工件中形成通孔;通过用相机拍摄其中形成有通孔的工件的图像来生成图像数据；以及通过基于所生成的图像数据扩大通孔的孔直径来调节通孔的孔直径。根据本发明的该第一方面，能够精确地形成通孔。
[0006]在本发明的第一方面，该工件可以具有第一表面和第二表面，激光被发射到该第一表面上，该第二表面在工件的与第一表面相反的一侧。此外，可以通过基于所生成的图像数据扩大通孔在第二表面中的孔直径来调节通孔在第二表面中的孔直径。根据该方法，能够实现通孔在第二表面中的孔直径的精度。此外，在本发明的第一方面，可以通过用相机拍摄工件的第二表面的图像来生成图像数据。根据该方法，能够通过相机毫无困难地拍摄通孔在第二表面中的孔直径的图像，而不管工件的板厚度如何。此外，在本发明的第一方面，当用相机拍摄工件的第二表面的图像时，相机的光轴可以相对于激光的发射方向成一定角度。根据该方法，即使在发射激光的同时，仍然能够通过相机毫无困难地拍摄工件的第二表面的图像。替代地，根据本发明的第一方面的激光加工方法还可以包括:在发射激光的同时，在工件的第二表面与相机之间插入用于阻挡激光的板。根据该方法，能够防止相机被激光损坏。
[0007]在本发明的第一方面，可以在工件中形成多个通孔。在JP 3-199907A中，通过测量流体流过通孔的流量来估计通孔的孔直径。因此，当在工件中形成多个通孔时，无法单独确定多个通孔的孔直径。与此相反，利用上述方法，因为通过相机来拍摄工件的图像，所以能够单独确定多个通孔的孔直径。
[0008]本发明的第二方面涉及一种激光加工设备，该激光加工设备包括:通孔形成单元，其被配置成通过发射激光来在工件中形成通孔；以及相机，其被配置成拍摄其中形成有通孔的工件的图像并且生成工件的图像的图像数据。通孔形成单元被配置成通过基于由相机生成的图像数据扩大通孔的孔直径来调节通孔的孔直径。根据该结构，能够精确地形成通孔。
[0009]根据本发明的第二方面，该工件可以具有第一表面和第二表面，激光被发射到该第一表面上，该第二表面在工件的与第一表面相反的一侧。此外，通孔形成单元可以被配置成:通过基于由相机生成的图像数据扩大通孔在第二表面中的孔直径来调节通孔在第二表面中的孔直径。根据该结构，能够实现通孔在第二表面中的孔直径的精度。此外，在本发明的第二方面，相机可以被配置成:拍摄工件的第二表面的图像，并且根据第二表面的图像来生成图像数据。根据该结构，能够通过相机毫无困难地拍摄通孔在第二表面中的孔直径的图像，而不管工件的板厚度如何。此外，在本发明的第二方面，当用相机拍摄工件的第二表面的图像时，相机的光轴可以相对于激光的发射方向成一定角度。根据该结构，即使在发射激光的同时，仍然能够用相机毫无困难地拍摄工件的第二表面的图像。替代地，在本发明的第二方面，通孔形成单元还可以包括板，所述板用于在激光被发射的同时通过被插入到工件的第二表面与相机之间来阻挡激光。根据该结构，能够防止相机被激光损坏。
[0010]根据本发明的第一方面和第二方面，能够通过发射激光来在工件中精确地形成通孔。
【附图说明】
[0011]下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中相同的附图标记表示相同的要素，并且在附图中:
[0012]图1是燃料喷射阀的局部剖视图；
[0013]图2是燃料喷射板的俯视图；
[0014]图3是示出从燃料喷射孔中喷射的燃料的流量与燃料喷射孔的开口的孔直径之间的关系的曲线图；
[0015]图4是图示由于加工方法的差异而引起燃料喷射孔的开口的孔直径的变化的曲线图；
[0016]图5是根据本发明的第一示例实施方式的激光束机器的整体视图；
[0017]图6是图示根据第一示例实施方式的聚光透镜的光轴与面传感器透镜的光轴之间的关系的视图；
[0018]图7是根据第一示例实施方式的控制器的框图；
[0019]图8是图示根据第一示例实施方式的燃料喷射孔的加工工艺的视图；
[0020]图9是图示根据第一示例实施方式的激光束机器的操作流程的流程图；
[0021]图10是图示根据第一示例实施方式的激光加工的加工条件的曲线图；
[0022]图11是图示根据第一示例实施方式的燃料喷射孔的开口的孔直径的变化的曲线图；
[0023]图12是根据本发明的第二示例实施方式的激光束机器的整体视图；
[0024]图13是示出根据第二示例实施方式的聚光透镜的光轴与面传感器透镜的光轴之间的关系的视图；
[0025]图14是根据第二示例实施方式的控制器的框图；以及
[0026]图15是图示根据第二示例实施方式的激光束机器的操作流程的流程图。
【具体实施方式】
[0027](燃料喷射阀I)
[0028]首先，将参照图1和图2来描述燃料喷射阀I。如图1所示，燃料喷射阀I包括:圆筒形壳体2;环形阀座3;阀体4，其能够在壳体2内部前进和撤回；以及圆形板状燃料喷射板6(即，要加工的工件)，其具有多个燃料喷射孔5(通孔)。当阀体4从环形阀座3移开时，在压力下供给到壳体2中的燃料被供给到燃料喷射板6 ο燃料喷射板6具有板内表面7 (第二表面)和板外表面8(第一表面)，板内表面7与阀体4相对，板外表面8在燃料喷射板6的与板内表面7相反的一侧。燃料喷射板6为例如200微米至300微米。
[0029]如图2所示，多个燃料喷射孔5被形成为排成不同直径的两个圆即圆9和圆10。如图1和图2所示，每个燃料喷射孔5被形成为使得从板内表面7朝向板外表面8变宽。如图2所示，当从上方观察板内表面7时，每个燃料喷射孔5在板内表面7中的开口 11具有椭圆形状。开口11的这种椭圆形状的长轴与燃料喷射板6的径向方向对准。同样，当从上方观察板内表面7时，每个燃料喷射孔5在板外表面8中的开口 12具有椭圆形状。开口 12的这种椭圆形状的长轴正交于燃料喷射板6的径向方向。此外，通过将开口 12形成为相对于开口 11偏移到燃料喷射板6的外周侧，使燃料喷射孔5从板内表面7至板外表面8朝向燃料喷射板6的外周侧倾斜。每个燃料喷射孔5的开口 11的孔直径为200微米。这里，术语“孔直径”可以被定义为当开口11为椭圆体时具有与开口 11的面积相同的面积的真圆的直径，或者被定义为开口 11的长轴或短轴。当一致地通过相同长度来定义孔直径时，可以根据情况来选择这两种定义中的任一种。将供给到燃料喷射板6的燃料经由燃料喷射孔5喷射到圆筒中。
[0030]通过数值计算的流体分析的结果，本发明人已经获知:I)每个燃料喷射孔5的开口11的孔直径是从燃料喷射孔5中所喷射的燃料的流量的变化的主导因素；以及2)为了满足当前所需流量的精度，如图3所示，每个燃料喷射孔5的开口 11的孔直径的变化必须保持在目标值的± I微米范围内。
[0031 ]然而，如图4所示，照惯例利用通常广泛采用的冲压成型，每个燃料喷射孔5的开口11的孔直径的变化最终达到大约目标值的±3微米。因此，利用冲压成型难以满足所需精度，所以冲压成型后的品质检验和修正过程是必要的。此外，即使采用激光加工来取代冲压成型，也很难使每个燃料喷射孔5的开口 11的孔直径的变化保持在目标值的± I微米范围内。因此，如同利用冲压成型一样，冲压成型后的品质检验和修正工艺是必要的。这是因为，即使利用激光束机器，由于时间衰减等，激光输出和激光束直径的变化以及光轴的偏移等仍然是不可避免的。
[0032]以下描述了用于解决这些问题的本发明的示例实施方式。
[0033](第一示例实施方式)
[0034]在下文中，将参照图5至图11来描述本发明的第一示例实施方式。
[0035]激光束机器20(激光加工设备)包括通孔形成