加工装置、加工单元及加工方法

加工装置、加工单元及加工方法
【专利摘要】本发明提供一种加工装置、加工单元及加工方法。本发明的加工装置(10)向被加工部件(8)照射激光，来对被加工部件(8)进行切割或钻孔加工，其具有：激光输出装置(12)；引导激光的引导光学系统(14)；及引导激光来向被加工部件(8)照射的照射头(16)，其中，照射头(16)通过旋转机构使第一棱镜(52)和第二棱镜(54)一体旋转，从而使激光光路绕旋转机构的旋转轴旋转，使照射位置旋转的同时照射被加工部件(8)，控制装置(22)根据被加工部件(8)的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算激光的容许转速范围，将包含在容许转速范围的转速确定为旋转机构的转速，使旋转机构以确定的转速旋转，由此能够以简单的结构进行高精度的加工。
【专利说明】加工装置、加工单元及加工方法

【技术领域】
[0001]本发明涉及一种向加工对象部件照射激光来进行加工的加工装置、加工单元及加工方法。

【背景技术】
[0002]作为对被加工部件进行切割和钻孔等加工的加工装置，有使用激光的加工装置(参考专利文献I及专利文献2)。专利文献I及专利文献2所记载的加工装置通过向被加工部件照射激光，对被加工部件进行切割和钻孔。并且，专利文献I中，记载有一种激光加工方法，即向被加工部件照射至少两种波长的激光来进行孔加工的方法，其具有:沿着孔内周照射点径小于孔径的第一激光来进行加工的步骤；及以小于孔径的点径，向孔圆周的内侧照射波长比第一激光长的第二激光的步骤，通过后步骤对在前步骤中未被加工的部分进行加工。并且，专利文献I中，记载有组合电流镜，来挪动第一激光的照射位置的装置。专利文献2中，记载有在保持透镜的结构体上设置线圈，且在基座上设置永久磁铁的结构，通过驱动线圈，使透镜旋转移动，使聚光点旋转。
[0003]并且，在本发明的 申请人:为 申请人:的专利文献3中，记载有如下加工装置:具备CO2激光振荡器及准分子激光振荡器，将CO2激光束和准分子激光束作为两个激光，通过照射CO2激光的激光束进行塑料部件或者FRP部件的切割或钻孔之后，接着将准分子激光的激光束照射在其切割面及其附近，进行去除在切割面发生的碳化层或热影响层的基于激光的切割。专利文献3所记载的加工装置将准分子激光束设为其横截面为环状的激光束，使CO2激光束插穿该激光束的中空部，将两个激光束的光轴设为相同之后，通过同一传输路径传输两个激光束，引导至塑料部件或FRP部件的切割或者钻孔加工部的附近，在该附近再次使两个激光束分离。
[0004]以往技术文献
[0005]专利文献
[0006]专利文献1:日本专利公开2011-110598号公报
[0007]专利文献2:日本专利第2828871号公报
[0008]专利文献3:日本专利第2831215号公报
[0009]发明的概要
[0010]发明要解决的技术课题
[0011 ] 如专利文献I及专利文献2所记载的加工装置，通过使激光照射位置旋转，能够适当地加工被加工部件。并且，如专利文献3所记载的加工装置，通过利用两个激光，能够适当地加工被加工部件。然而，专利文献I至3所记载的加工装置，存在若提高加工精度，则装置结构变得复杂，或者成为大型化的问题。
[0012]本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够以更简单的结构进行高精度加工的加工装置、加工单元及加工方法。
[0013]用于解决技术课题的手段
[0014]为了解决上述课题，来达成目的，本发明是一种加工装置，向被加工部件照射激光，来对被加工部件进行切割或钻孔加工，其中，具有:激光输出装置，输出激光；引导光学系统，引导从所述激光输出装置输出的激光；及照射头，引导从所述引导光学系统输出的激光，向所述被加工部件进行照射；其中，所述照射头具有:第一棱镜，折射所述激光；第二棱镜，配置在与所述第一棱镜对置的位置，并折射所述激光；旋转机构，使所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转；及控制装置，控制所述旋转机构的动作，通过所述旋转机构使所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，从而使所述激光光路绕所述旋转机构的旋转轴旋转使照射位置旋转的同时照射所述被加工部件，所述控制装置根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述激光的容许转速范围，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速，使所述旋转机构以确定的转速旋转。
[0015]并且，优选所述激光输出装置以脉冲方式输出所述激光，所述控制装置将激光的0N/0FF周期设为照射位置的旋转周期的非整数倍。
[0016]并且，优选所述被加工部件的再熔融层的容许厚度是根据预先设定的值或者所述被加工部件的材质、厚度及加工条件中的至少一个来计算出的值。
[0017]并且，优选所述被加工部件由因科内尔(注册商标)、哈斯特洛伊(注册商标)、不锈钢、陶瓷、钢、碳钢、瓷器、硅、钛、钨、树脂、塑料、纤维增强塑料、钢板以外的铁合金、铝合金中的任意材料制作。
[0018]并且，优选所述激光输出装置为光纤激光输出装置。
[0019]并且，优选所述激光输出装置是以脉冲宽度为100皮秒以下的脉冲输出激光的短脉冲激光输出装置。
[0020]并且，优选所述照射头具有:平行光学系统，对从所述引导光学系统输出的所述激光进行准直并使其入射到所述第一棱镜；及聚光光学系统，对从所述第二棱镜输出的所述激光进行聚光。
[0021]并且，优选在所述旋转机构中，使所述第一棱镜和所述第二棱镜旋转的旋转部的驱动源配置在所述第一棱镜与所述平行光学系统之间。
[0022]并且，优选所述旋转机构具有:保持机构，保持所述第一棱镜和所述第二棱镜；及马达，使所述保持机构旋转，所述激光光路成为空间的旋转轴为中空。
[0023]并且，优选所述旋转机构具有:保持机构，保持所述第一棱镜和所述第二棱镜?’传递机构，向所述保持机构传递旋转力；及驱动源，使所述传递机构旋转。
[0024]并且，优选所述保持机构为所述激光的光路部分为中空的转轴。
[0025]并且，优选所述照射头具有:支承部，支承所述保持机构；及轴承，使所述保持机构以能够旋转的状态支承在所述支承部上。
[0026]并且，优选所述轴承包括静压轴承。
[0027]并且，优选所述轴承包括滚动轴承。
[0028]并且，优选所述旋转机构的转速为120rpm以上。
[0029]并且，优选所述照射头进一步具备冷却所述第一棱镜及所述第二棱镜的冷却机构。
[0030]并且，优选所述照射头进一步具备改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对位置的位置调整机构。
[0031]并且，所述位置调整机构改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对角度。
[0032]并且，所述位置调整机构改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对距离。
[0033]并且，优选所述控制装置根据所述被加工部件的飞散物的量与所述激光的转速之间的关系，来计算容许转速范围，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速，使所述旋转机构以确定的转速旋转。
[0034]为了解决上述课题，达到目的，本发明是一种加工单元，其中，具有:上述任一项所述的第一加工装置；及上述任一项所述的第二加工装置，向所述第一加工装置照射激光的位置照射与所述第一加工装置输出的激光相同脉冲或短脉冲的激光。
[0035]并且，优选所述第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以下的转速旋转，所述第二加工装置输出0.5W以上且500W以下的所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
[0036]并且，优选所述第一加工装置以100W以上的峰值输出且脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述激光，并使所述旋转机构以1200rmp以下的转速旋转，所述第二加工装置输出0.5W以上且500W以下的所述激光，并使所述旋转机构以1200rmp以上的转速旋转。
[0037]并且，优选所述第一加工装置以脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述激光，所述第二加工装置以脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述激光。
[0038]并且，优选所述第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的所述激光，并使所述旋转机构以120rpm以上的转速旋转，所述第二加工装置以0.5W以上且50W以下、脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
[0039]为了解决上述课题，达到目的，本发明是一种加工方法，向被加工部件照射激光，对被加工部件进行切割或钻孔加工，其中，具有如下步骤:转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述激光的容许转速范围；转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速；输出步骤，输出所述激光；旋转步骤，使所述激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转；及照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述激光照射到所述被加工部件上，其中，所述旋转步骤中，使所述激光以120rpm以上的转速旋转。
[0040]并且，优选所述旋转步骤中，使折射所述激光的第一棱镜和配置在与所述第一棱镜对置的位置来折射所述激光的第二棱镜一体旋转，使所述激光光路以旋转轴为中心旋转。
[0041]并且，优选所述激光输出装置以脉冲方式输出所述激光，在所述转速确定步骤中，将所述旋转机构的转速设为激光的0N/0FF周期成为照射位置的旋转周期的非整数倍的转速。
[0042]并且，优选所述被加工部件的再熔融层的容许厚度或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度是根据预先设定的值或者所述被加工部件的材质、厚度及加工条件中的至少一个来计算出的值。
[0043]为了解决上述课题，达到目的，本发明是一种加工方法，向被加工部件照射激光，来对被加工部件进行切割或钻孔加工，其中，具有如下步骤:输出步骤，输出第一激光及与所述第一激光相同脉冲或短脉冲的第二激光；转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述第一激光的容许转速范围；转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速；第一旋转步骤，使所述第一激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转；第一照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述第一激光照射到所述被加工部件；转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述第二激光的容许转速范围；转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速；第二旋转步骤，使所述第二激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转；及第二照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述第二激光照射到所述被加工部件上，其中，所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以120rpm以上的转速旋转，所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
[0044]并且，优选所述第一旋转步骤中，使折射所述第一激光的所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，并使所述第一激光的光路以旋转轴为中心旋转，所述第二旋转步骤中，使折射所述第二激光的所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，使所述第二激光的光路以旋转轴为中心旋转。并且，优选所述第一旋转步骤中，使折射所述第一激光的第一棱镜和配置在与所述第一棱镜对置的位置来折射所述第一激光的第二棱镜一体旋转，并使所述激光的光路以旋转轴为中心旋转，所述第二旋转步骤中，使折射所述第二激光的第一棱镜和配置在与所述第一棱镜对置的位置来折射所述第二激光的第二棱镜一体旋转，并使所述激光的光路以旋转轴为中心旋转。
[0045]并且，优选所述输出步骤中，连续输出50W以上且2kW以下的所述第一激光，输出0.5W以上且500W以下的所述第二激光，在所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以1200rpm以下的转速旋转,在所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
[0046]并且，优选所述输出步骤中，以100W以上的峰值输出且脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述第一激光，输出0.5W以上且50W以下的所述第二激光，所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以1200rpm以下的转速旋转，所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
[0047]并且，优选所述输出步骤中，以脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述第一激光，以脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述第二激光。
[0048]并且，优选所述输出步骤中，连续输出50W以上且2kW以下的所述第一激光，并以0.5W以上且50W以下、脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述第二激光，所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以120rpm以上的转速旋转，所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
[0049]本发明具有以更简单的结构进行高精度加工的效果。并且，本发明具有能够使装置小型化的效果。

【专利附图】

【附图说明】
[0050]图1是表示加工装置的第一实施方式的概要结构的示意图。
[0051]图2是表示图1所示的照射头的概要结构的示意图。
[0052]图3是用于说明加工装置的动作的说明图。
[0053]图4是用于说明加工装置的动作的说明图。
[0054]图5是用于说明加工装置的动作的说明图。
[0055]图6是表示加工装置的第二实施方式的照射头的概要结构的示意图。
[0056]图7是表示加工装置的第三实施方式的照射头的概要结构的示意图。
[0057]图8是用于说明加工装置的动作的说明图。
[0058]图9是表示利用加工装置的加工单元的概要结构的示意图。
[0059]图10是表示光纤的概要结构的剖视图。
[0060]图11是用于说明光纤所引导的激光的输出分布的说明图。
[0061]图12是用于说明加工单元的动作的说明图。
[0062]图13是用于说明加工单元的动作的说明图。
[0063]图14是表示加工装置的控制动作的一例的流程图。
[0064]图15是用于说明通过加工装置进行加工的被加工部件的说明图。
[0065]图16是从与图15的相反侧表示被加工部件的说明图。

【具体实施方式】
[0066]以下，参考附图对本发明所涉及的加工装置、加工单元及加工方法的一实施方式进行详细说明。另外，本发明并不限于该实施方式。例如，本实施方式中，对加工板状的被加工部件的情况进行说明，但被加工部件的形状没有特别限定。被加工部件的形状可以设为各种形状。被加工部件是指通过加工装置或者加工单元进行加工的部件。并且，本实施方式中，对在被加工部件上形成孔的情况或者将被加工部件直线切割的情况进行说明，但通过调整被加工部件上的加工位置、即激光照射位置，能够设为孔或者直线以外的形状，例如具有弯曲点的形状、弯曲的形状。并且，本实施方式中，通过移动被加工部件，来相对移动激光和被加工部件，但也可以移动激光，还可以移动激光和被加工部件双方。并且，以下的实施方式的加工装置或加工单元，说明向被加工部件照射激光，并对被加工部件进行切割或钻孔加工的情况。
[0067][第一实施方式]
[0068]图1是表示加工装置的第一实施方式的概要结构的示意图。图2是表示图1所示的照射头的概要结构的示意图。图3是用于说明加工装置的动作的说明图。图4是用于说明加工装置的动作的说明图。如图1所示，加工装置10具有激光输出装置12、引导光学系统14、照射头16、移动机构18、支承台20及控制装置22。加工装置10通过向设置在支承台20上的被加工部件8照射激光，来加工被加工部件8。在这里，本件中，加工装置10中，将被加工部件8的表面设为XY平面，将与被加工部件8的表面正交的方向设为Z方向。
[0069]在这里，本实施方式的被加工部件8为板状部件。作为被加工部件8，可以使用由各种材料，例如由因科内尔(注册商标)、哈斯特洛伊(注册商标)、不锈钢、陶瓷、钢、碳钢、瓷器、硅、钛、钨、树脂、塑料、玻璃等制作的部件。并且，被加工部件8也可以使用由CFRP(碳纤维增强塑料，Carbon Fiber Reinforced Plastics)、GFRP (玻璃纤维增强塑料)、GMT (玻璃长纤维增强塑料)等纤维增强塑料、钢板以外的铁合金、铝合金等各种金属、其他复合材料等制作的部件。
[0070]激光输出装置12是输出激光的装置。激光输出装置12可以使用将光纤用作介质来输出激光的光纤激光输出装置、输出短脉冲激光的短脉冲激光输出装置。作为光纤激光输出装置，例示法布里一珀罗型光纤激光输出装置和环状光纤激光输出装置。并且，光纤激光输出装置可以为利用连续波振荡(Continuous Wave Operat1n)和脉冲振荡(PulsedOperat1n)中任一方式的激光输出装置。光纤激光输出装置的光纤中例如可以使用添加稀土类元素(Er、Nd、Yb)的石英玻璃。并且，短脉冲是指脉冲宽度为100皮秒以下的脉冲。作为短脉冲激光输出装置的激光发生源，例如可以使用钛蓝宝石激光。
[0071]引导光学系统14是将从激光输出装置12输出的激光引导至照射头16的光学系统。本实施方式的引导光学系统14为光纤。引导光学系统14的一侧端部与激光输出装置12的激光射出口连接，另一侧端部与照射头16连接。引导光学系统14将从激光输出装置12输出的激光L朝向照射头16的入射端输出。另外，引导光学系统14的结构不限于此。加工装置10中，作为引导光学系统14，可以使用反射镜和透镜的组合，通过对激光进行反射、聚光等，来将激光引导至照射头16。
[0072]照射头16将从引导光学系统14输出的激光L照射到被加工部件8。在这里，照射头16通过使激光L的光路绕旋转轴旋转，使被加工部件8上的照射位置旋转。照射头16以画圆的方式使激光L的照射位置移动。
[0073]以下，利用图2对照射头16的结构进行说明。如图2所示，照射头16具有框体
40、光学系统单兀42、光学系统支承部50、旋转机构60、编码器64及冷却机构65。框体40是内部容纳光学系统单元42、旋转机构60、编码器64及冷却机构65的箱子。照射头16中由框体40支承固定侧各部分。
[0074]光学系统单元42是引导从引导光学系统14输出的激光的机构。光学系统单元42中，在激光光路上从弓I导光学系统14侧依次配置有准直光学系统44、偏转光学系统46及聚光光学系统48。S卩，从引导光学系统14输出的激光L通过准直光学系统44之后,通过偏转光学系统46,并通过聚光光学系统48后,照射到被加工部件8。准直光学系统44具备有准直透镜等，将从引导光学系统14输出的激光设为平行光。
[0075]偏转光学系统46是将激光L的光路从中心挪开一定距离(进行偏转)的光学单兀，具有第一棱镜52、第二棱镜54。第一棱镜52折射激光L,使其相对光轴中心倾斜。第二棱镜54再次折射由第一棱镜52折射的激光L，控制聚光的位置。由此，如图3所示，通过偏转光学系统46的激光L由相对于通过前的激光光路偏离的光路进行输出。聚光光学系统48具有对通过偏转光学系统46从光轴中心偏离的激光进行聚光的透镜。
[0076]光学系统支承部50支承光学系统单元42的固定部的透镜，具体而言支承准直光学系统44和聚光光学系统48的透镜。光学系统支承部50固定在框体40上。并且,光学系统支承部50还支承后述的旋转机构60的固定部。
[0077]旋转机构60是将通过偏转光学系统46前的激光的光路作为旋转中心，使偏转光学系统46旋转的机构。旋转机构60具有固定部70、旋转部72、轴承74、马达80及带82。固定部70固定在框体40上。并且，固定部70与偏转光学系统46以外的光学系统一同固定在预定位置上。旋转部72配置在固定部70的内部，经由轴承74支承在固定部70。SP，旋转部72以相对于固定部70能够旋转的状态被支承。旋转部72是与激光L的光路对应的部分成为空间的中空筒状部件。旋转部72支承偏转光学系统46的第一棱镜52和第二棱镜54。轴承74配置在固定部70与旋转部72之间。本实施方式的轴承74为滚动球轴承等滚动轴承。马达(驱动源)80相邻旋转部72而配置。马达80具有定子80a、转子80b及接触端80c,所述定子固定在框体40,所述转子通过定子80a旋转,所述接触端连结在转子80b的前端。带(传递要件)82是挂在马达80的转子80b的接触端80c与旋转部72的正时皮带。另外，带82通过张力调整机构调整旋转的位置，所述张力调整机构用于以预定张力连结在接触端80c和旋转部72。
[0078]旋转机构60为如上所述的结构，通过以马达80使带82朝向箭头84的方向或相反方向旋转，由此使旋转部72向箭头86的方向旋转。旋转机构60通过使旋转部72旋转，能够使偏转光学系统46旋转。旋转机构60与旋转中心偏转之前的激光L的光路中心重叠。
[0079]旋转机构60作为旋转中心偏转之前的激光L的光路中心，使偏转光学系统46旋转，从而如图3所示，能够使被加工部件8上的激光L的照射位置将偏转之前的激光L的光路中心作为中心，以将从该中心通过偏转光学系统46偏转的距尚作为半径的圆形来移动照射位置。即，旋转机构60通过旋转偏转光学系统46，如图4所示，在将中心90为中心的假设圆92上能够移动照射位置94。
[0080]编码器64是检测旋转机构60的旋转部72的旋转的旋转传感器。编码器64具有检测部66和旋转部68。检测部66固定在固定部70。旋转部68固定在旋转部72，与旋转部72 —同旋转。在旋转部68的旋转方向位置上设置有成为标记的识别码。检测部66通过检测旋转部68的识别码，能够检测旋转部68的旋转，由此能够检测旋转部72相对于固定部70的旋转。
[0081]冷却机构65具有泵88和连结管89。泵88配置在框体40的内部，向连结管89的流入部供给空气。连结管89是连接光学系统单元42的光学部件与光学部件之间的封闭空间和封闭空间的配管。光学系统单元42的光学部件与光学部件之间的封闭空间通过连结管89连接。连结管89的与该空间连接的开口配置在光学部件的附近。并且，连结管89在从与该空间连接的连结管89的开口离开的位置上形成有自身的开口。冷却机构65通过由泵88向连结管89供给空气，能够在光学部件与光学部件之间的封闭的空间中使空气流动，能够冷却光学部件。另外，冷却机构65通过连结管89连接成一个流路。由此泵88通过从一处供给空气，能够使空气在整体中流动。
[0082]移动机构18具有臂30和移动臂30的驱动源32。臂30在前端支承照射头16。驱动源32使臂30在XYZ三轴方向外，在Θ方向上移动。移动机构18通过驱动源32使臂30在XYZ方向和Θ方向上移动，由此能够向被加工部件8的各位置照射激光L。另外，本实施方式中，作为移动机构18，设为臂30和通过驱动源32移动照射头16的机构，但也可以利用通过XY工作台、XYZ工作台等移动照射头16的机构。
[0083]支承台20将被加工部件8支承在预定位置。另外，加工装置10可以将支承台20设为在XY方向上移动被加工部件8的XY工作台。控制装置22控制各部件的动作。控制部件22调整从激光输出装置12输出的激光的各种条件，或者通过移动机构18移动照射头16来调整相对于被加工部件8的照射头16的位置，或者通过控制照射头16的马达80的转速来控制激光的转速。加工装置10为如上所述的结构。
[0084]加工装置10从激光输出装置12输出激光L。加工装置10通过引导光学系统14将输出的激光L引导至照射头16。加工装置10通过照射头16的旋转机构60，使偏转光学系统46旋转，由此一边旋转激光L的照射位置，一边将激光照射到被加工部件8。由此，如图4所示，加工装置10能够使激光L的照射位置94以圆形旋转。
[0085]加工装置10仅通过旋转机构60使偏转光学系统46旋转，就能够使激光L的照射位置94以圆形旋转。由此能够以简单的结构使激光L的照射位置94旋转，能够使装置小型化、轻量化。并且，加工装置10仅使偏转光学系统46旋转，因此能够缩小旋转部分，能够使照射头小型化。由此，加工装置10如本实施方式那样能够将照射头16安装在臂30上，能够易于执行加工。并且，由于一体旋转两个棱镜，因此即使为简单的结构也能够高精度地移动照射位置94。并且，加工装置10为通过旋转机构60使偏转光学系统46旋转的结构，因此也能够在使用辅助气体的环境下使用。
[0086]图5是用于说明加工装置的动作的说明图。在这里，加工装置10使激光以一定周期0N/0FF来进行照射的情况下，优选将激光的0N/0FF周期设为照射位置的旋转周期的非整数倍。由此，加工装置10通过错开激光的0N/0FF周期和照射位置的旋转周期，从而如图5所示，通过旋转机构60使偏转光学系统46旋转一圈，在旋转的期间，将激光照射到照射位置96的情况下，下一个一圈能够将激光照射到照射位置98。由此，能够将激光高效地照射到加工对象区域。
[0087]在这里，加工装置10优选具备调整两个棱镜的相对位置的机构。作为相对位置能够利用相对角度、相对距离。加工装置10通过调整两个棱镜的相对位置，能够调整照射位置进行旋转的圆的半径。通过调整照射位置进行旋转的圆的半径，能够调整加工时的加工孔径。加工装置10优选加宽激光通过区域，以便位于偏转光学系统的下游侧(照射位置侦υ的光学部件与通过偏转光学系统偏离的激光光路的距离对应。即，优选以在位于偏转光学系统46的下游侧(照射位置侧)的光学部件中激光比在上游侧的光学部件中通过更宽的区域为前提进行设计。另外，移动相对位置的机构虽然可以设为手动，但优选设为能够通过马达等驱动力自动调整的机构。
[0088]并且，加工装置10通过旋转机构60优选使偏转光学系统在激光振荡频率小于IkHz时以120rpm以上旋转，优选在激光振荡频率为IkHz以上时以1200rpm以上旋转。即，加工装置10中优选将激光的照射位置的转速设为激光振荡频率为IkHz以下时为120rpm以上，更优选激光振荡频率为IkHz以上时以1200rpm以上旋转。加工装置10通过旋转机构60将偏转光学系统的转速设为上述范围，将激光照射位置的转速设为上述范围，由此能够更高速地进行加工，并且能够进一步提高加工精度。即，通过将转速设为高速，能够在一定范围内更均匀地照射激光，能够抑制激光输出集中在局部上。由此能够提高加工精度。并且，通过使激光高速旋转，即使激光输出更高也能够抑制热影响，并维持加工品质的同时加快加工速度。
[0089]并且，加工装置10中作为由冷却机构65供给的空气，可以使用大气，但优选使用氮气或干燥空气等干净气体。由此能够抑制光学部件性能下降。并且，加工装置10优选如本实施方式那样，使空气流动，以便空气喷吹到透镜等光学部件表面。并且，上述实施方式中，将冷却机构65设为气冷机构，但也可以设为水冷机构。这种情况下，只要供给冷却配管，以便对支承各光学部件的框体进行冷却即可。
[0090]加工装置不限于上述实施方式，可以设为各种实施方式。以下，利用图6至图8，对其他实施方式进行说明。
[0091][第二实施方式]
[0092]图6是表示加工装置的第二实施方式的照射头的概要结构的示意图。另外，第二实施方式的加工装置，除了照射头102的旋转机构104的结构以外，其他结构与第一实施方式的加工装置10相同。对于与加工装置10相同的结构省略说明。
[0093]照射头102的旋转机构104具有固定部110、旋转部112、轴承114及马达119。固定部110、旋转部112、轴承114是与固定部70、旋转部72、轴承74基本上相同的结构。旋转部112经由正式叶轮转接板支承偏转光学系统46。旋转机构104中马达119配置于固定部110的内部。马达119具有定子120和转子122。定子120的外周侧固定在固定部110。转子122配置在定子120的内部。转子122的内部为中空形状，在内径侧插入有旋转部112，所述转子固定在旋转部112。马达119通过使转子122旋转来使旋转部112旋转。
[0094]照射头102中，将马达119配置在旋转轴112的同轴上，并在内部设置激光L通过的路径，由此能够进一步使装置小型化。即，由于驱动源也配置在固定部110的内部，因此还能够缩小或者省略框体40。
[0095]并且，在照射头102设置编码器来检测转速。或者不设置编码器而是检测马达119的反电动势，由此能够检测转速。
[0096][第三实施方式]
[0097]图7是表示加工装置的第三实施方式的照射头的概要结构的示意图。另外，第三实施方式的加工装置除了照射头150的旋转机构154的结构以外，其他结构与第二实施方式的加工装置的照射头102相同。对于与照射头102相同的结构省略说明。
[0098]照射头150的旋转机构154具有固定部110、旋转部156、轴承158、马达119。固定部110、旋转部156、马达119是与照射头102的各部分相同的结构。轴承158是静压轴承(流体轴承)，向固定部110与旋转部156之间的封闭的空间供给空气，相对于固定部110以能够旋转的状态支承旋转部156。泵159向轴承158供给空气，并调整固定部110与旋转部156之间的空气压力。
[0099]照射头150中将轴承158设为静压轴承，由此能够进一步提高旋转精度。另外，照射头150根据使用目的，适当调整轴承的结构即可。并且，照射头150的轴承158优选使用多孔质静压轴承。由此，即使以旋转的状态移动加工装置，因卡住等导致轴承烧结的危险性也会较少。并且，加工装置作为轴承可以具备滚动轴承、静压轴承双方。这种情况下，加工装置需要高精度加工的情况下(需要0.05 μ m以下的旋转精度的加工的情况下)，提高静压轴承的固定部110与旋转部156之间的压力，不需要精度的情况下，降低静压轴承的固定部110与旋转部156之间的压力，并由滚动轴承支承固定部110与旋转部156即可。
[0100]图8是用于说明加工装置的动作的说明图。如图8所示，加工装置通过使照射头16向箭头170方向进行扫描，能够如线段172所示，使照射位置旋转的同时向一方向移动。由此，能够对被加工部件8进行宽度174的线的加工，例如能够切割被加工部件8。
[0101]接着，作为加工装置的变形例，对具有两个加工装置的加工单元进行说明。图9是表示加工单元的概要结构的示意图。图10是表示光纤的概要结构的说明图。图11是用于说明光纤所引导的激光的输出分布的说明图。图12是用于说明加工单元的动作的说明图。图13是用于说明加工单元的动作的说明图。如图9所示，加工单元200具有光纤激光输出装置(第一激光输出装置)212、短脉冲激光输出装置(第二激光输出装置)214、激光引导光学系统216、光纤218、照射机构220及移动机构222。在这里，加工单元200中，光纤激光输出装置(第一激光输出装置)212、激光引导光学系统216、光纤218、照射机构220的组合成为第一加工装置202。并且，加工单元200中，短脉冲激光输出装置(第二激光输出装置)214、激光引导光学系统216、光纤218及照射机构220的组合成为第二加工装置204。SP,加工单兀200成为激光引导光学系统216、光纤218、照射机构220的一部分由两个加工装置供给的结构。
[0102]加工单元200通过向设置在移动机构222的被加工部件8照射激光，来加工被加工部件8。在这里，本件中，加工单元200中，将被加工部件8的表面设为XY平面，将与被加工部件8的表面正交的方向设为Z方向。另外，加工单元200中，将加工位置的扫描方向(被加工部件8与激光的相对移动方向)设为X方向。被加工部件8为与上述实施方式相同的板状部件。
[0103]光纤激光输出装置(第一激光输出装置)212是将光纤用作介质来输出激光的装置。光纤激光输出装置212输出第一激光LI。光纤激光输出装置212能够利用法布里一拍罗型光纤激光输出装置和环状光纤激光输出装置。并且，光纤激光输出装置可以为利用连续波振荡(Continuous Wave Operat1n)和脉冲振荡(Pulsed Operat1n)中任一方式的激光输出装置。光纤激光输出装置212的光纤中例如可以使用添加了稀土类元素(Er、Nd、Yb)的石英玻璃。
[0104]短脉冲激光输出装置(第二激光输出装置)214是输出短脉冲激光的装置。短脉冲激光输出装置214以短脉冲输出第二激光L2。在这里，短脉冲是指脉冲宽度为100皮秒以下的脉冲。短脉冲激光输出装置214作为激光发生源例如能够使用钛蓝宝石激光。
[0105]激光引导光学系统216是将从光纤激光输出装置212输出的第一激光LI和从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2引导至光纤218的光学系统。激光引导光学系统216具有光纤230、光纤232、展象透镜单元234、反射部件236、半透半反镜238。激光引导光学系统216通过光纤230引导第一激光LI,通过光纤232、展象透镜单兀234、反射部件236、半透半反镜238引导第二激光L2。并且，激光引导光学系统216通过引导从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2的形状的光学系统变形，且为中空环状。
[0106]光纤230的一侧端部与光纤激光输出装置212连接，另一侧端部与光纤218的入射端对置。光纤230朝向光纤218的入射端输出从光纤激光输出装置212输出的第一激光LI。另外，在光纤230与光纤218之间配置有半透半反镜238。另外，光纤230可以设为光纤激光输出装置212的光纤的一部分。
[0107]光纤232的一侧端部与短脉冲激光输出装置214连接，另一侧端部与展象透镜单元234的入射端对置。光纤232朝向展象透镜单元234的入射端输出从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2。另外,光纤232无需一定设置。
[0108]展象透镜单元234配置在光纤232与反射部件236之间。展象透镜单元234是将两片展象透镜的圆锥部分以对置方向配置的透镜，是将入射的光(光束)的圆形设为环状(圆环状、圆筒状)，即设为在光束的中心开有孔的形状的光学部件。展象透镜单元234将入射的圆形的第二激光L2设为环状的第二激光L2a来进行输出。
[0109]反射部件236将从展象透镜单元234输出的第二激光L2a朝向半透半反镜238反射。半透半反镜238使第一激光LI投射，并反射第二激光L2a的光学部件。如上所述，半透半反镜238配置在第一激光LI的光路上。半透半反镜238将由反射部件236反射的第二激光L2a朝向光纤218反射。在这里,被反射的第二激光L2a成为在与第一激光LI平行的方向上前进的光。并且，第一激光LI成为在第二激光L2a的环状中空部分(孔部分)前进的光。
[0110]激光引导光学系统216为如上所述的结构，将第二激光L2设为环状的第二激光L2a，并且调整两个激光的位置及方向，以使第一激光LI通过第二激光L2a的中空部分，来入射到光纤218。
[0111]光纤218是将第一激光LI和第二激光L2a引导至照射机构220的导光部件(波导部件)。光纤218是分别引导第一激光LI和第二激光L2a的所谓开关核光纤。如图10所不，光纤218的截面形状由第一芯层260、包层262、第二芯层264、包层266构成。第一芯层260、包层262、第二芯层264、包层266是在同心圆上从径向内侧朝向外侧依次配置。即，光纤218中，第一芯层260与第二芯层264之间配置有包层262，第二芯层264的外侧被包层266覆盖。这样，第一芯层260的外周配置有包层262，截面为实心圆形。第二芯层264的内周配置有包层262，外周配置有包层266，截面为环状。第一芯层260与第二芯层264由使光透过的光学部件形成。包层262的表面的两面(内周面及外周面)由反射光的部件形成。包层266的内周面由反射光的部件形成。
[0112]光纤218通过包层262、266 —边反射入射到第一芯层260的光和入射到第二芯层264的光，一边进行引导，由此能够分别引导两个光。光纤218中，第一激光LI入射到配置在截面中心侧的第一芯层260，由包围第一激光LI外周的位置引导的环状第二激光L2a入射到配置在截面外径侧的第二芯层264。由此，光纤218引导的光的强度分布成为如图11所不的分布。光纤218通过第一芯层260引导越朝向中心输出越大的第一激光LI。并且，光纤218通过第二芯层264引导成为环状输出分布的第二激光L2a。由此,光纤218将从第一芯层260的一侧端部(与半透半反镜238面对的面)入射的第一激光LI从另一侧端部(与照射机构220面对的面)输出。光纤218将从第二芯层264的一侧端部(与半透半反镜面238面对的面)入射的第二激光L2a从另一侧端部(与照射机构220面对的面)以环状输出。
[0113]照射机构220将从光纤218输出的第一激光LI及第二激光L2a分离，使第一激光LI照射到照射位置250，使第二激光L2a照射到照射位置252。照射机构220具有半透半反镜240、反射部件242、照射头244、246。
[0114]半透半反镜240是使第一激光LI透过，并反射第二激光L2a的光学部件。半透半反镜240配置在与光纤218的射出面对置的位置。半透半反镜240使从光纤218输出的第一激光LI透过，半透半反镜240使从光纤218输出的第二激光L2a朝向反射部件242反射。反射部件242使通过半透半反镜240反射的第二激光L2a朝向照射位置252反射。
[0115]照射头244配置在半透半反镜240与照射位置250之间。照射头244是与上述的照射头相同的结构，通过周期性地改变通过半透半反镜240的第一激光LI偏转的方向，从而旋转照射位置250。由此，通过照射头244的第一激光LI到达照射位置250。并且照射位置250以旋转轴为中心旋转。照射头246配置在反射部件242与照射位置252之间。照射头246是与上述的照射头相同的结构，通过周期性地改变通过反射部件242反射的第二激光L2a的方向，从而旋转照射位置252。由此，通过照射头246的第二激光L2a到达照射位置252。并且，照射位置252以旋转轴为中心旋转。
[0116]移动机构222支承被加工部件8，使被加工部件8相对于照射机构220朝向预定方向移动，本实施方式中朝向箭头α方向移动。另外，移动机构222能够使被加工部件8朝向箭头α方向以外的方向，即XYZ三轴各方向移动。
[0117]加工单兀200从光纤激光输出装置212输出第一激光LI,从短脉冲激光输出装置214输出第二激光L2。加工单兀200通过激光引导光学系统216将输出的第一激光LI和第二激光L2引导至光纤218。激光引导光学系统216引导第二激光L2的同时将其设为环状的第二激光L2a。加工单兀200使通过激光引导光学系统216引导的第一激光LI入射到光纤218的第一芯层260，使第二激光L2a入射到第二芯层264。加工单元200通过照射机构220使通过光纤218引导、射出的第一激光LI及第二激光L2a各自分离，并使第一激光LI照射到照射位置250，使第二激光L2a照射到照射位置252。并且，加工单元200中，通过照射头244、246以预定周期旋转照射位置250、252。并且，加工单元200在激光照射到照射位置250、252的期间，通过移动机构222朝向箭头α方向移动被加工部件8。
[0118]由此，如图12及图13所示，加工单元200使第一激光LI照射到照射位置250，使第二激光L2a照射到照射位置252，由此能够加工位于照射位置250、252的被加工部件8。并且，加工单元200通过旋转各照射位置250、252，从而能够得到上述效果。
[0119]并且，加工单元200通过移动机构222移动被加工部件8，由此被加工部件8上的照射位置250和照射位置252在箭头α方向上移动。由此，加工单元200中，被加工部件8的任意部分通过照射位置250，并成为由第一激光LI加工的加工区域254。并且，加工单元200中，被加工部件8的成为加工区域254的部分通过照射位置252，并成为由第二激光L2a加工的加工区域256。即，加工单元200中向被加工部件8的加工对象部分照射第一激光LI来进行加工(粗加工)之后，照射第二激光L2a进行加工(精加工)。由此，加工单元200对被加工部件8的加工对象区域进行切割或钻孔。
[0120]如上所示，加工单元200通过由光纤激光输出装置212输出的第一激光LI对被加工部件8进行粗加工，通过输出小于第一激光LI的环状的第二激光L2a进行精加工，由此能够提高被加工部件8的加工精度。加工部件200通过由第一激光LI进行加工，能够在短时间内对被加工部件8进行加工(切割、钻孔)，之后通过由第二激光L2a进行加工，能够消除或减少加工端面的热影响。
[0121]加工单元200通过将进行精加工的第二激光L2a设为环状，能够将第二激光L2a设为由输出强度高的周围部分形成的激光，能够有效地进行加工。由此，能够有效地利用从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光，提高能量效率，并且能够进一步缩短加工时间。
[0122]并且，加工单元200将以短脉冲输出的激光用作第二激光L2a，由此能够以更高精度进行精加工。
[0123]并且，加工单元200通过利用光纤激光输出装置212和短脉冲激光输出装置214进行上述加工，即使不利用辅助气体或者利用少量的辅助气体也能够适当地加工被加工部件8。另外，加工单元200即使不利用辅助气体也能够适当地加工被加工部件8，但是利用氮、氧等辅助气体也同样能够进行加工。根据被加工部件的材料等，加工装置10有时通过利用氮、氧等辅助气体还能够加快加工速度。如此，加工单元200也可以进一步设置向激光照射位置供给辅助气体的辅助气体供给构件。
[0124]并且，加工单元200使用两个芯层配置在同心圆上的一根光纤218，引导第一激光LI和第二激光L2a，由此能够简化引导两个激光的激光。由此，能够简化加工结构。具体而言，通过利用光纤218，可以将激光光路设为直线以外的光路。由此，能够提高从光纤激光输出装置212及短脉冲激光输出装置214的激光的输出位置到照射机构220的激光入射位置为止的光路的自由度。即，能够简化装置结构，并且简化使操作。并且，能够通过一根光纤218改变相对于输出位置的激光方向的入射位置的激光的方向。即，不使用透镜等也能够改变激光的方向和位置。由此，能够以简单的结构将激光引导至所希望的位置。并且，能够降低设置在装置内的激光通过的直线部分。并且，加工单元200通过利用光纤218，抑制一侧的激光干涉另一侧的激光，并且能够同轴引导两个激光。由此，在光路的截面中，通过第二激光L2a包围第一激光LI的外周的配置，即使引导两个激光的情况下，也能够适当地引导两个激光。
[0125]并且，加工单元200通过利用光纤218，能够使引导第一激光及第二激光的光学系统不易产生偏离。具体而言，通过引导光纤的内部，能够使激光等光学系统不易产生相对位置的偏离，能够抑制光轴因振动或操作者的干涉而偏离。并且，加工单元200通过使用光纤218，能够提高安全性。具体而言，使加工被加工部件8的激光通过光纤218的内部，由此能够减少激光露出的区域。由此，能够抑制激光照射到未预期的区域，能够提高安全性。并且，加工单元200通过使用光纤218能够易于进行维护。并且，加工单元200通过使用光纤218，能够廉价地进行引导激光的光学系统的更换，能够降低维护成本。
[0126]并且，加工单元200通过由更外周侧的第二芯层264弓丨导第二激光L2a，能够以环状的状态引导环状的第二激光L2a。由此，能够在照射位置252照射环状的第二激光L2a，能够适宜地进行被加工部件8的精加工，能够提高加工精度。
[0127]另外，加工单元200可以代替半透半反镜238、240，设置环状反射部件，所述环状的反射部件中第一激光LI到达的部分透明或者为空腔，且在第二激光L2a到达的部分配置有反射部件。由此，即使设为选择性地设置反射部件的结构，也能够使两个激光的光路在同心圆上，或者分离同心圆上的两个激光。
[0128]在这里，优选短脉冲激光输出装置214输出脉冲宽度小于1000飞秒的脉冲激光。加工单元200通过将从短脉冲激光输出装置214输出的激光的脉冲宽度设为小于1000飞秒，能够进一步提高基于第二激光L2a的精加工精度。
[0129]优选短脉冲激光输出装置214以频率为IkHz以上的脉冲输出激光。加工单元200通过将从短脉冲激光输出装置214输出的激光的脉冲频率设为IkHz以上，能够进一步提高基于第二激光L2a的精加工精度。
[0130]优选短脉冲激光输出装置214以比100皮秒更短的时间的脉冲宽度输出。加工单元200通过将从短脉冲激光输出装置214输出的激光脉冲的脉冲宽度设为短于100皮秒的时间，能够进一步提高基于第二激光L2a的精加工精度。
[0131]在这里，优选第一激光的输出设为50W以上且2kW以下。通过将第一激光的输出设为上述范围，能够在短时间内适当地对被加工部件进行粗加工。优选第二激光的输出设为0.5W以上且50W以下。通过将第二激光的输出设为上述范围，能够在短时间内适当地对被加工部件进行精加工，能够适宜地降低或者去除热影响。
[0132]并且，优选加工单元200可以调整从光纤激光输出装置212输出的第一激光LI的输出、激光的种类、和从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2的输出、频率、脉冲宽度等。由此，加工单元200能够输出与进行加工的被加工部件8的厚度和材质、加工时间、容许加工精度等对应的适当的第一激光LI及第二激光L2。由此，加工单元200能够在更短时间内以进一步适当的精度加工被加工部件。
[0133]加工装置中，在与箭头α正交的面上，可以将第二激光L2a的前进方向与第一激光LI的前进方向所成的角设为大于O度。即，在与箭头α正交的面上，第二激光L2a的前进方向可以相对于第一激光LI的前进方向倾斜。另外，第二激光L2a，在与箭头α正交的面上，朝向能够进行加工的对象的切割面向能够照射激光的方向倾斜。
[0134]由此，加工装置通过使第二激光L2a的前进方向相对于第一激光LI的前进方向倾斜，能够易于向切割面(与第一激光LI的前进方向平行的面)的整个面照射第二激光L2a。由此，能够进一步适宜地降低或者去除照射第一激光LI来进行加工的面的热影响。并且，通过将第二激光L2a的前进方向与第一激光LI的前进方向所成的角设为小于90度，即使由第一激光LI加工、切割(分断)的面中留有没有进行切割面加工的侧的面的情况下，也能够易于向对象切割面照射第二激光L2a。由此，例如，即使不设置用于使切割的部分变形来露出切割面的引导部件，也能够向对象切割面照射第二激光L2a，并且易于向切割面整面照射第二激光L2a。
[0135]并且，上述实施方式的加工单元200中，作为将第二激光L2设为环状的光学部件，利用展象透镜单元234，但不限于此。加工单元200只要能够将从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2向光纤218的环状的第二芯层264选择性地入射即可。例如，加工单元200在从短脉冲激光输出装置214输出的第二激光L2的光路上配置吸收第二激光L2的中心部分成分的吸收材料(黑板)、和反射第二激光L2的中心部分成分的反射部件，使其仅通过第二激光L2的外径侧的一部分区域，由此来将第二激光L2设为环状即可。并且，作为将加工单元200的第一激光LI设为环状的光学部件能够使用展象透镜单元234，但不限于此。将第一激光LI设为环状的光学部件也能够与将第二激光L2设为环状的光学部件相同地设为各种结构。
[0136]上述实施方式的加工部件200使用光纤激光输出装置212，作为进行粗加工的激光，即作为先向被加工部件8照射的激光，使用光纤激光，但不限于此。加工单元200可以使用光纤激光输出装置212以外的激光输出装置。例如，作为输出进行粗加工的激光的激光输出装置，可以使用CO2激光输出装置。
[0137]上述实施方式的加工单元200使用短脉冲激光输出装置214，作为进行精加工的激光，即作为之后向被加工部件8照射的激光，使用短脉冲激光，但不限于此。加工单元200可以使用短脉冲激光输出装置214以外的激光输出装置。例如作为进行精加工的激光的激光输出装置，可以使用准分子激光输出装置。
[0138]上述实施方式的加工单元200通过光纤激光输出装置212和短脉冲激光输出装置214这两个输出装置分别输出两个激光，但不限于此。加工单元200可以将从一个激光输出装置输出的激光分支为两个激光，并分别设为第一激光和输出比第一激光弱的第二激光。这种情况下，激光输出装置通过设置使所输出的激光以波长或输出比例分支的光学部件，能够将激光分支为两个。并且，优选加工单兀200将第二激光设为与第一激光相同(即相同波形、波长)或者短脉冲的激光。
[0139]上述实施方式的加工单元200通过向被加工部件8依次照射进行粗加工的第一激光和进行精加工的第二激光这两种激光，能够对被加工部件8进行加工，但不限于此。加工装置10可以将进行粗加工的激光，即进行精加工之前的激光设为多种，即将进行粗加工的激光的照射位置设为多个位置。加工单元200例如在对热的耐久性低的第一层与热的耐久性高的第二层这两个层层叠的部件进行加工的情况下，可以将用于进行粗加工的激光分为被加工部件8的第一层切割用激光和用于第二层切割用激光这两种。这种情况下，以没有对准焦点的状态向被加工部件8照射第一层切割用激光。由此能够切割一定范围的耐久性低的第一层。并且，以对准焦点的状态向被加工部件8照射第二层切割用激光。由此能够适宜地切割耐久性高的第二层。并且，加工单元200将进行精加工的激光的照射位置设为多个，以便由多个激光进行精加工。
[0140]加工单元200向三个以上的多个照射位置照射激光的情况下，可以将从一个激光输出装置输出的激光分支为两个来设为两个激光。这种情况下，可以以波长将激光分割为两个，也可以单纯地将激光的输出分为两个。另外，加工单元200将同一波长的激光用作多个激光的情况下，优选通过配置在与各激光区域对应的位置的反射部件来反射分离通过光纤218引导至同轴上的这些多个激光。由此，在同一波长的激光的情况下，能够将光纤按所通过的芯层进行分离。并且，光纤218通过根据激光的根数增加芯层，能够分别同轴引导三个以上的激光。由此，能够简化引导激光的机构，能够简化装置。
[0141]上述实施方式的加工单元200通过用于钢板加工，能够适宜地切割钢板，并且能够将切割面的形状设为更适宜地形状。由此，能够提高加工精度。加工装置10为了能够得到上述效果，优选作为被加工部件，使用钢板等金属材料，但不限于此。加工装置10能够将上述的各种材料用作被加工部件。另外，加工装置10为了得到与钢板相同的效果，优选降低、去除热影响(热损伤影响)，用于需要进行加工的各种材料。
[0142]在这里，优选第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的第一激光，并使旋转机构以1200rpm以下的转速旋转，并且所述第二加工装置输出0.5W以上且500W以下的第二激光，并使旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
[0143]并且，优选第一加工装置以100W以上的峰值输出且脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出第一激光，并使旋转机构以1200rmp以下的转速旋转，并且第二加工装置输出0.5W以上且50W以下第二激光，并使旋转机构以1200rmp以上的转速旋转。
[0144]并且，优选第一加工装置以脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出第一激光，并且第二加工装置以脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出第二激光。
[0145]并且，优选第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的第一激光，并使旋转机构以120rpm以下的转速旋转，并且第二加工装置以0.5W以上且50W以下、脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出第二激光，并使旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
[0146]加工单元中第一加工装置与第二加工装置之间的关系满足上述关系，由此能够在降低对于被加工部件的热影响的同时进行加工。
[0147]接着，利用图14，对加工装置的控制动作的一例进行说明。图14是表示加工装置的控制动作的一例的流程图。图14所示的处理为确定转速的处理的一例。控制装置22作为步骤S12，检测被加工部件的材质、厚度信息。在这里，控制装置22除了被加工部件的材质、厚度以外也获得所需信息。若控制装置22在步骤S12中检测被加工部件的参数，则作为步骤S14检测加工条件。在这里，加工条件是目标孔径、切割长度、可以使用的激光的各种性能的值等。若控制装置22在步骤S14中检测加工条件，则作为步骤S16检测再熔融层的容许厚度。再熔融层的容许厚度能够通过读取预先设定的值，或者根据步骤S12和步骤S14的值通过运算计算出，以此来检测。
[0148]在这里，再熔融层(Recast Layer)是在加工被加工部件时通过激光照射固体呈液体化，并进行固体化的层。再熔融层是熔解一次后凝固的区域，因此是能够清楚识别与其他部分的界限的层。并且，再熔融层通过照射激光而形成在孔的内周面、或被切割的被加工部件的切割面上。因此，再熔融层的厚度成为与激光照射方向正交的方向上的长度。
[0149]若控制装置22在步骤S16中检测再熔融层的容许厚度，则作为步骤S18，根据各种条件确定转速，作为步骤S20以确定的条件执行加工，并结束本处理。在这里，控制装置22根据各种条件，计算再熔融层的厚度不超过容许厚度的转速。具体而言，控制装置根据被加工部件的再熔融层的厚度与激光的转速之间的关系，计算激光的容许转速范围(即再熔融层的厚度不超过容许厚度的容许转速)，将包含在容许转速范围的转速确定为旋转机构的转速，使旋转机构以确定的转速旋转。
[0150]控制装置22通过如上所述地确定转速，能够将再熔融层的厚度设为小于容许厚度的同时进行被加工部件的加工。并且，控制装置22为了将再熔融层的厚度设为比再熔融层的容许厚度薄，具有提高激光转速的条件和缩短激光脉冲的方法。
[0151]并且，优选控制装置根据被加工部件的氧化层的容许厚度与激光的转速之间的关系，计算激光的容许转速范围，将包含在容许转速范围的转速确定为旋转机构的转速，并使旋转机构以确定的转速旋转。氧化层是被加工部件进行加工时因激光照射而氧化的层。氧化层是原来的材料氧化的区域，因此是能够清楚地识别与其他部分的界限的层。并且氧化层形成在通过照射激光形成了孔的内周面或被切割的被加工部件的切割面。由此，氧化层的厚度是与激光照射方向正交的方向上的长度。
[0152]并且优选控制装置根据被加工部件的飞散物的量与激光的转速之间的关系，计算容许转速范围，将包含在容许转速范围的转速确定为旋转机构的转速，并使旋转机构以确定的转速旋转。
[0153][实验例]
[0154]图15是用于说明通过加工装置加工的被加工部件的说明图。图16是从与图15相反侧表示被加工部件的说明图。利用上述实施方式的加工装置10，对被加工部件进行加工。加工装置10中，照射的激光的激光峰值功率设为6000W，频率设为1000Hz，脉冲宽度设为0.1ms0并且，加工装置10中将激光转速设为590rpm。并且，激光照射时间设为0.2秒，焦距设为0.5mm。并且，本实施例中将氧用作辅助气体，辅助气体的压力设为0.8MPa。并且被加工部件设为厚度为0.8mm的因科内尔。
[0155]以上述条件进行加工的结果示于图15、16。在这里，图15表示被加工部件的表面，图16表示被加工部件的背面。如图15、16所示，本试验例中，在被加工部件270上形成有孔280。如图15、16所示，可知通过以上述条件进行加工，即使激光照射时间为0.2秒，在孔280的端面上形变和凹凸很少，能够高精度地进行加工。
[0156]符号说明
[0157] 8-被加工部件，10-加工装置，12-激光输出装置，14-引导光学系统，16、102、150、244,246-照射头，18-移动机构，20-支承台，22-控制装置，30-臂，32-驱动源，40-框体，42-光学系统单元，44-准直光学系统，46-偏转光学系统，48-聚光光学系统，50-光学系统支承单兀，52-第一棱镜,54-第二棱镜,60、104、154-旋转机构，64-编码器,65-冷却机构，66-检测部，68-旋转部，70、110_固定部，72、112、156-旋转部，74、114-轴承，80、119-马达，82-带，84、86-箭头，88-泵，89-连结管，90-中心，92-假设圆，94、96、98-照射位置，120-定子，122-转子，158-流体轴承(静压轴承)，159-泵，200-加工单元，202-第一加工装置，204-第二加工装置，212-光纤激光输出装置，214-短脉冲激光输出装置，216-激光引导光学系统，218、230、232-光纤，220-照射机构，222-移动机构，234-展象透镜单元，236、242-反射部件，238、240_半透半反镜，250、252_照射位置，254、256_加工区域，260-第一芯层，262、266_ 包层，264-第二芯层，L、L1、L2、L2a_ 激光。
【权利要求】
1.一种加工装置，向被加工部件照射激光，来对被加工部件进行切割或钻孔加工，其特征在于，具有: 激光输出装置，输出激光； 引导光学系统，引导从所述激光输出装置输出的激光 '及 照射头，引导从所述引导光学系统输出的激光，对所述被加工部件进行照射， 所述照射头具有:第一棱镜，折射所述激光；第二棱镜，配置在与所述第一棱镜对置的位置，并折射所述激光；旋转机构，使所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转；及控制装置，控制所述旋转机构的动作， 通过所述旋转机构使所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，从而使所述激光光路绕所述旋转机构的旋转轴旋转，使照射位置旋转的同时照射所述被加工部件， 所述控制装置根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述激光的容许转速范围，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速，使所述旋转机构以确定的转速旋转。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于， 所述激光输出装置以脉冲方式输出所述激光， 所述控制装置将激光的ON/OFF周期设为照射位置的旋转周期的非整数倍。
3.根据权利要求1或2所述的加工装置，其特征在于， 所述被加工部件的再熔融层的容许厚度是根据预先设定的值或者所述被加工部件的材质、厚度及加工条件中的至少一个来计算出的值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述被加工部件由因科内尔(注册商标)、哈斯特洛伊(注册商标)、不锈钢、陶瓷、钢、碳钢、瓷器、硅、钛、钨、树脂、塑料、纤维增强塑料、钢板以外的铁合金、铝合金中的任意材料制作。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述激光输出装置为光纤激光输出装置。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述激光输出装置是以脉冲宽度为100皮秒以下的脉冲输出激光的短脉冲激光输出>j-U ρ?α装直。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述照射头具有:平行光学系统，对从所述引导光学系统输出的所述激光进行准直并使其入射到所述第一棱镜；及聚光光学系统，对从所述第二棱镜输出的所述激光进行聚光。
8.根据权利要求7所述的加工装置，其特征在于， 所述旋转机构中，使所述第一棱镜和所述第二棱镜旋转的旋转部的驱动源配置在所述第一棱镜与所述平行光学系统之间。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的加工装置，其特征在于，所述旋转机构具有: 保持机构，保持所述第一棱镜和所述第二棱镜；及 马达，使所述保持机构旋转，所述激光光路成为空间的旋转轴为中空。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的加工装置，其特征在于，所述旋转机构具有: 保持机构，保持所述第一棱镜和所述第二棱镜； 传递机构，向所述保持机构传递旋转力 '及 驱动源，使所述传递机构旋转。
11.根据权利要求9或10所述的加工装置，其特征在于， 所述保持机构为所述激光的光路部分为中空的转轴。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的加工装置，其特征在于，所述照射头具有: 支承部，支承所述保持机构 '及 轴承，使所述保持机构以能够旋转的状态支承在所述支承部上。
13.根据权利要求12所述的加工装置，其特征在于， 所述轴承包括静压轴承。
14.根据权利要求12或13所述的加工装置，其特征在于， 所述轴承包括滚动轴承。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述旋转机构的转速为120rpm以上。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述照射头进一步具备冷却所述第一棱镜及所述第二棱镜的冷却机构。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的加工装置，其特征在于， 所述照射头进一步具备改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对位置的位置调整机构。
18.根据权利要求17所述的加工装置，其特征在于， 所述位置调整机构改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对角度。
19.根据权利要求17或18所述的加工装置，其特征在于， 所述位置调整机构改变所述第一棱镜与所述第二棱镜的相对距离。
20.一种加工单元，其特征在于，具有: 权利要求1至19中任一项所述的第一加工装置；及 权利要求1至19中任一项所述的第二加工装置，向所述第一加工装置照射激光的位置照射与所述第一加工装置输出的激光相同脉冲或短脉冲的激光。
21.根据权利要求20所述的加工单元，其特征在于， 所述第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以下的转速旋转， 所述第二加工装置输出0.5W以上且500W以下的所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
22.根据权利要求20所述的加工单元，其特征在于， 所述第一加工装置以100W以上的峰值输出且脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述激光，使所述旋转机构以1200rmp以下的转速旋转， 所述第二加工装置以0.5W以上且50W以下的输出输出所述激光，并使所述旋转机构以1200rmp以上的转速旋转。
23.根据权利要求20所述的加工单元，其特征在于， 所述第一加工装置以脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述激光， 所述第二加工装置以脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述激光。
24.根据权利要求20所述的加工单元，其特征在于， 所述第一加工装置连续输出50W以上且2kW以下的所述激光，并使所述旋转机构以120rpm以上的转速旋转， 所述第二加工装置以0.5W以上且50W以下、脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述激光，并使所述旋转机构以1200rpm以上的转速旋转。
25.—种加工方法，向被加工部件照射激光，对被加工部件进行切割或钻孔加工，其特征在于，具有如下步骤: 转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述激光的容许转速范围； 转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速； 输出步骤,输出所述激光； 旋转步骤，使所述激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转 '及 照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述激光照射到所述被加工部件上， 所述旋转步骤中，使所述激光以120rpm以上的转速旋转。
26.根据权利要求25所述的加工方法，其特征在于， 所述旋转步骤中，使折射所述激光的第一棱镜和配置在与所述第一棱镜对置的位置来折射所述激光的第二棱镜一体旋转，使所述激光光路以旋转轴为中心旋转。
27.根据权利要求25或26所述的加工方法，其特征在于， 所述激光输出装置以脉冲方式输出所述激光， 在所述转速确定步骤中，将所述旋转机构的转速设为激光的ΟΝ/OFF周期成为照射位置的旋转周期的非整数倍的转速。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的加工方法，其特征在于， 所述被加工部件的再熔融层的容许厚度或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度是根据预先设定的值或者所述被加工部件的材质、厚度及加工条件中的至少一个来计算出的值。
29.—种加工方法，向被加工部件照射激光，来对被加工部件进行切割或钻孔加工，其特征在于，具有如下步骤: 输出步骤，输出第一激光及与所述第一激光相同脉冲或短脉冲的第二激光； 转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述第一激光的容许转速范围； 转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速； 第一旋转步骤，使所述第一激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转； 第一照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述第一激光照射到所述被加工部件上； 转速范围确定步骤，根据所述被加工部件的再熔融层的容许厚度与转速之间的关系或者所述被加工部件的氧化层的容许厚度与转速之间的关系，计算所述第二激光的容许转速范围； 转速确定步骤，将包含在所述容许转速范围的转速确定为所述旋转机构的转速； 第二旋转步骤，使所述第二激光光路以确定的转速以旋转轴为中心旋转；及第二照射步骤，将所述光路以旋转轴为中心旋转的所述第二激光照射到所述被加工部件上， 所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以120rpm以上的转速旋转， 所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
30.根据权利要求29所述的加工方法，其特征在于， 所述第一旋转步骤中，使折射所述第一激光的所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，并使所述第一激光光路以旋转轴为中心旋转， 所述第二旋转步骤中，使折射所述第二激光的所述第一棱镜和所述第二棱镜一体旋转，并使所述第二激光光路以旋转轴为中心旋转。
31.根据权利要求29或30所述的加工方法，其特征在于， 所述输出步骤中，连续输出50W以上且2kW以下的所述第一激光，输出0.5W以上且500W以下的所述第二激光， 所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以1200rpm以下的转速旋转， 所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
32.根据权利要求29或30所述的加工方法，其特征在于， 所述输出步骤中，以100W以上的峰值输出且脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述第一激光，并且输出0.5W以上且50W以下的所述第二激光， 所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以1200rpm以下的转速旋转， 所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
33.根据权利要求29或30所述的加工方法，其特征在于， 所述输出步骤中，以脉冲宽度为I奈秒以上的脉冲输出所述第一激光，以脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述第二激光。
34.根据权利要求29或30所述的加工方法，其特征在于， 所述输出步骤中，连续输出50W以上且2kW以下的所述第一激光，并以0.5W以上且50W以下、脉冲宽度小于I奈秒的脉冲输出所述第二激光， 所述第一旋转步骤中，使所述第一激光以120rpm以上的转速旋转， 所述第二旋转步骤中，使所述第二激光以1200rpm以上的转速旋转。
【文档编号】B23K26/08GK104203483SQ201380011549
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2013年2月28日 优先权日:2012年3月7日
【发明者】吴屋真之, 木之内雅人, 渡边俊哉 申请人:三菱重工业株式会社