加工装置及加工方法
【技术领域】
[0001]本发明是涉及一种对加工对象的部件照射激光而进行加工的加工装置及加工方法。
【背景技术】
[0002]作为对被加工部件进行切割或钻孔等加工的加工装置，有使用激光的加工装置(例如，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对被加工部件照射激光，对被加工部件进行切割或钻孔。并且，在专利文献I中记载有一种激光加工方法，其是对被加工部件照射至少2种波长的激光而进行孔加工的方法，所述方法具有:沿着孔内周照射点径小于孔径的第I激光而进行加工的步骤；及向比孔内周更靠内侧照射点径小于孔径且波长长于第I激光的第2激光的步骤，通过后步骤，对在前步骤中未被加工而剩余的部分进行加工。并且，在专利文献I中记载有组合电流镜来挪动第I激光的照射位置的装置。在专利文献2中记载有，设为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，通过驱动线圈而使透镜旋转运动，从而使聚光点回转。
[0003]并且，在本申请人之前所申请的专利文献3中记载有如下加工装置:具备0)2激光振荡器及准分子激光振荡器，将CO2激光束与准分子激光束用作两个激光，通过照射CO 2激光束来进行塑料部件或FRP部件的切割或钻孔之后，继而对其切割面及附近照射准分子激光束，从而去除在该切割面产生的碳化层或热影响层。专利文献3所记载的加工装置记载有，将准分子激光束设为其横截面为环状的激光束，将0)2激光束插穿于该激光束的中空部，将两个激光束的光轴设为相同之后，以相同的传输路径传输两个激光束，将其引导至塑料部件或FRP部件的切割或钻孔加工部的附近，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
【发明内容】
[0009]发明要解决的技术课题
[0010]如专利文献I及专利文献2所记载的加工装置，通过使激光的照射位置回转，能够适当地对被加工部件进行加工。并且，如专利文献3所记载的加工装置，通过使用两个激光，能够适当地对被加工部件进行加工。然而，专利文献I至专利文献3所记载的加工装置存在如下问题:为了提高加工精度，必须使装置结构变得复杂。
[0011]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简单的结构进行更高精度的加工的加工装置及加工方法。
[0012]用于解决技术课题的手段
[0013]为了解决上述问题并达成目的，本发明的加工装置对被加工部件照射激光而进行加工处理，其中，所述加工装置具有:照射头，其对所述被加工部件照射所述激光，且具有将所述激光进行准直的准直光学系统、使所述激光相对于所述被加工部件回转的激光回转部、及使通过所述激光回转部回转的所述激光聚光的聚光光学系统；以及控制装置，其控制所述照射头的动作，所述照射头可分割成所述准直光学系统、所述激光回转部、及所述聚光光学系统，所述激光回转部具有:第I棱镜，其使所述激光折射；第2棱镜，其配置于与所述第I棱镜相对面的位置，且使从该第I棱镜输出的所述激光折射；第I旋转机构，其使所述第I棱镜旋转；及第2旋转机构，其使所述第2棱镜旋转，所述控制装置至少根据所述被加工部件的热影响层的容许厚度与照射至所述被加工部件的所述激光的回转数的关系，控制所述第I旋转机构及所述第2旋转机构，并调整所述第I棱镜及所述第2棱镜的转速与相位角之差。
[0014]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头的所述准直光学系统、所述激光回转部及所述聚光光学系统连接在一起。
[0015]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头具有:反射光学系统，其使所述激光回转部的所述激光的光路与所述聚光光学系统的所述激光的光路偏移；及分度机构，其将从所述反射光学系统输出的所述激光的光路的角度调整为对于所述被加工部件的分度角度。
[0016]并且，在上述加工装置中，优选所述分度机构具有:分度轴，其与所述反射光学系统连接；及中空马达，其供所述分度轴旋转自如地内插，且旋转驱动该分度轴。
[0017]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头具有检测所述激光的焦点与所述被加工部件的间隙的间隙检测构件。
[0018]并且，在上述加工装置中，优选所述间隙检测构件具有拍摄所述被加工部件的加工部位的拍摄构件。
[0019]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头具有冷却所述激光回转部的冷却机构。
[0020]并且，在上述加工装置中，优选所述第I棱镜及所述第2棱镜的外形为多边形状。
[0021]并且，在上述加工装置中，优选所述第I棱镜的入射面相对于所述激光的光轴而倾斜，所述第2棱镜的出射面相对于所述激光的光轴而倾斜。
[0022]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头在内部具有辅助气体供给配管。
[0023]并且，在上述加工装置中，优选所述照射头具有切除照射至所述被加工部件的所述激光的能量分布中的裙部的裙部切除光学系统。
[0024]并且，在上述加工装置中，优选所述加工处理包含切割加工、钻孔加工、焊接加工、包覆加工、表面改性加工、表面精加工、激光积层造形中的至少I种。
[0025]并且，在上述加工装置中，优选所述热影响层包含再熔融层、氧化层、裂痕、浮渣中的至少I种。
[0026]并且，在上述加工装置中，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、耐热钢、陶瓷品、硅、钛、钨、树脂、塑料、纤维强化塑料、复合材料、Ni基耐热合金中的任一材料制成。
[0027]并且，在上述加工装置中，优选所述控制装置至少根据所述被加工部件的所述热影响层的容许厚度、照射至所述被加工部件的所述激光的回转数、及所述激光的回转半径的关系，控制所述第I旋转机构及所述第2旋转机构，并调整所述第I棱镜及所述第2棱镜的转速与相位角之差。
[0028]为了解决所述问题并达成目的，本发明的加工方法使用上述加工装置，对被加工部件照射激光而进行加工处理，其中所述加工方法具有:输出步骤，其输出所述激光；确定步骤，其至少根据所述被加工部件的热影响层的容许厚度与照射至所述被加工部件的所述激光的回转数的关系，确定所述第I棱镜及所述第2棱镜之转速与相位角之差；旋转步骤，其使所述第I旋转机构及所述第2旋转机构以所确定的转速与相位角之差旋转；及照射步骤，其使所述激光回转，并且对所述被加工部件进行照射。
[0029]并且，在上述加工方法中，优选每次环绕时将相对于所述被加工部件回转的所述激光的功率进彳丁调制。
[0030]并且，在上述加工方法中，优选以多级对所述被加工部件进行加工。
[0031]并且，在上述加工方法中，优选在所述被加工部件钻出非圆形的孔。
[0032]并且，在上述加工方法中，优选检测孔的圆度，根据所检测出的圆度算出使所照射的所述激光成为圆形的所述第I棱镜与所述第2棱镜的相位角之差，根据所算出的相位角之差控制所述第I棱镜与所述第2棱镜，并校正在所述被加工部件钻出的孔的圆度。
[0033]并且，在上述加工方法中，优选检测所述激光的焦点与所述被加工部件的间隙，根据所检测出的间隙计算钻出锥孔或直孔的所述焦点与所述被加工部件的相对位置，将所述焦点与所述被加工部件设为算出的相对位置，照射所述激光而在所述被加工部件钻出锥孔或直孔。
[0034]并且，在上述加工方法中，优选在材质不同的交界部分非圆形地将所述激光照射至所述被加工部件，从而在所述被加工部件钻出倾斜的孔。
[0035]并且，在上述加工方法中，优选所述确定步骤中，至少根据所述被加工部件的所述热影响层的容许厚度、照射至所述被加工部件的所述激光的回转数、及所述激光的回转半径的关系，确定所述第I棱镜及所述第2棱镜的转速与相位角之差。
[0036]发明效果
[0037]根据本发明的加工装置及加工方法，可将照射头分割成准直光学系统、激光回转部及聚光光学系统，因此发挥能够使照射头小型化，并能够使加工装置更加小型化的效果。并且，仅改变第I棱镜与第2棱镜的相位角之差就使照射至被加工部件的激光的回转半径成为可变，因此发挥能够设为简单的结构的效果。并且，通过控制第I棱镜与第2棱镜的相位角之差而使照射至被加工部件的激光的回转半径成为可变，能够以更适合加工条件的回转半径进行加工处理。由此，发挥能够满足所要求的加工质量，能够以高速进行更高精度的加工的效果。
【附图说明】
[0038]图1是表示第I实施方式所涉及的加工装置的结构例的示意图。
[0039]图2是表示第I实施方式所涉及的照射头的基本结构的说明图。
[0040]图3是放大表示第I实施方式所涉及的照射头的从激光回转部到喷嘴的部分的放大示意图。
[0041]图4是表示冷却套的结构例的示意图。
[0042]图5是照射至被加工部件的激光的照射位置的说明图。
[0043]图6是经钻孔加工后的被加工部件的截面的说明图。
[0044]图7是表示加工装置的控制动作的一例的流程图。
[0045]图8是加工装置所照射的激光的照射动作的说明图。
[0046]图9是表示加工装置所照射的激光的轨跡的一例的示意图。
[0047]图10是表示加工装置所照射的激光的轨跡的一例的示意图。
[0048]图11是表示加工装置所照射的激光的轨跡的一例的示意图。
[0049]图12是表示分成多次进行钻孔加工时的激光的轨跡的一例的示意图。
[0050]图13是表示对照射至被加工部件的激光的轨跡进行圆形校正时的一例的示意图。
[0051]图14是表示对照射至被加工部件的激光的轨跡进行圆形校正并且进行回转半径校正时的一例的示意图。
[0052]图15是钻孔加工中的锥形校正的动作的说明图。
[0053]图16是经倾斜钻孔加工后的薄板状的被加工部件的截面的说明图。
[0054]图17是倾斜钻孔加工时的动作的说明图。
[0055]图18是连续钻孔时的动作的说明图。
[0056]图19是将棱镜的相位角设定为零时的动作的说明图。
[0057]图20是切除激光的能量分布的裙部的说明图。
[0058]图21是利用加工装置进行的切割加工的动作的说明图。
[0059]图22是经切割加工后的被加工部件的热影响层的说明图。
[0060]图23是利用加工装置进行的焊接加工的动作的说明图。
[0061]图24是经焊接加工后的被加工部件的热影响层的说明图。
[0062]图25是利用加工装置进行的包覆加工的动作的说明图。
[0063]图26是经包覆加工后的被加工部件的热影响层的说明图。
[0064]图27是利用加工装置进行的表面改性加工的动作的说明图。
[0065]图28是经表面改性加工后的被加工部件的热影响层的说明图。
[0066]图29是表示第2实施方式所涉及的照射头的基本结构的说明图。
[0067]图30是表示利用加工装置的被加工部件的加工例的图。
[0068]图31是从相反侧观察图30所示的被加工部件的图。
【具体实施方式】
[0069]参考附图，对用于实施本发明的方式(实施方式)进行详细说明。本发明并非由以下的实施方式所记载的内容而被限定。并且，在以下所记载的构成要件中包含本领域技术人员能够容易设想且实质上相同的要件。而且，可适当组合以下所记载的结构。并且，在不脱离本发明的主旨的范围内能够进行结构的各种省略、置换或变更。
[0070][第I实施方式]
[0071]图1是表示第I实施方式所涉及的加工装置的结构例的示意图。
[0072]如图1所示，加工装置10包括激光振荡器12、引导光学系统14、照射头16、加工平台20、X轴移动机构22、C轴旋转机构24、Y轴移动机构26、Z轴移动机构28及控制装置30。加工装置10具有包围加工平台20的门型桥接器32。加工装置10对保持在加工平台20上的被加工部件W照射激光，并对被加工部件W进行加工。在此，在本实施方式中，将加工平台20的水平面设为XY平面，将与加工平台20的水平面正交的方向设为Z轴向。并且，在本实施方式中，将绕Z轴的旋转方向设为C轴向。
[0073]其中，被加工部件W例如为板状的部件。作为被加工部件W，能够使用由各种材料、例如因科内尔(注册商标)、哈斯特洛伊(注册商标)、不锈钢、陶瓷、钢