加工裝置及加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及向加工對象的構(gòu)件照射激光而進行加工的加工裝置及加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為對被加工構(gòu)件進行切斷或開孔等加工的加工裝置，存在使用激光的加工裝置(例如，參照專利文獻I及專利文獻2)。專利文獻I及專利文獻2記載的加工裝置通過向被加工構(gòu)件照射激光，而對被加工構(gòu)件進行切斷或開孔。而且，在專利文獻I中記載了一種向被加工構(gòu)件照射至少2種波長的激光而進行孔加工的激光加工方法，所述加工方法具有:將點徑比孔徑小的第一激光沿著孔的內(nèi)周進行照射加工的步驟；及將點徑比孔徑小且波長比第一激光長的第二激光向比孔的內(nèi)周靠內(nèi)側(cè)處照射的步驟，利用后一步驟對在前一步驟未被加工而殘留的部分進行加工。而且，在專利文獻I中記載了使電流鏡組合來使第一激光的照射位置錯開的裝置。在專利文獻2中記載了如下技術(shù):形成為在保持透鏡的構(gòu)造體上設(shè)置線圈且在基體上設(shè)置永久磁鐵的結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動線圈而使透鏡進行旋轉(zhuǎn)運動，從而使聚光點回轉(zhuǎn)。
[0003]而且，在本申請人在先申請的專利文獻3中記載了一種加工裝置，具備CO2激光振蕩器及受激準分子激光振蕩器，使用0)2激光射束和受激準分子激光射束作為2個激光，通過照射0)2激光射束而進行了塑料構(gòu)件或FRP構(gòu)件的切斷或開孔之后，接著將受激準分子激光射束向該切斷面及附近照射而除去在該切斷面產(chǎn)生的碳化層或熱影響層。專利文獻3記載的加工裝置將受激準分子激光射束形成為其橫截面為環(huán)狀的激光射束，在該激光射束的中空部插通CO2激光射束，使兩激光射束的光軸相同，之后，利用同一傳送路徑傳送兩激光射束，引導(dǎo)至塑料構(gòu)件或FRP構(gòu)件的切斷或開孔加工部的附近，在該附近再次將兩激光射束分離。
[0004]在先技術(shù)文獻
[0005]專利文獻
[0006]專利文獻1:日本特開2011-110598號公報
[0007]專利文獻2:日本專利第2828871號公報
[0008]專利文獻3:日本專利第2831215號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的課題
[0010]如專利文獻I及專利文獻2記載的加工裝置那樣，通過使激光的照射位置回轉(zhuǎn)，能夠適當?shù)貙Ρ患庸?gòu)件進行加工。而且，如專利文獻3記載的加工裝置那樣，通過使用2個激光能夠?qū)Ρ患庸?gòu)件適當?shù)剡M行加工。然而，專利文獻I至專利文獻3記載的加工裝置存在為了提高加工精度而需要使裝置結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜這樣的課題。
[0011]本發(fā)明鑒于上述情況而作出，其目的在于提供一種簡單的結(jié)構(gòu)且能夠進行更高精度的加工的加工裝置及加工方法。
[0012]用于解決課題的方案
[0013]為了解決上述的課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的加工裝置向被加工構(gòu)件照射激光而進行加工處理，其特征在于，具有:照射頭，具有使所述激光相對于所述被加工構(gòu)件回轉(zhuǎn)的激光回轉(zhuǎn)部和使在所述激光回轉(zhuǎn)部回轉(zhuǎn)后的所述激光聚光的聚光光學(xué)系統(tǒng)，且向所述被加工構(gòu)件照射所述激光；及控制裝置，控制所述照射頭的動作，所述激光回轉(zhuǎn)部具有使所述激光折射的第一棱鏡、配置在與所述第一棱鏡面對的位置并使從該第一棱鏡輸出的所述激光折射的第二棱鏡、使所述第一棱鏡旋轉(zhuǎn)的第一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、及使所述第二棱鏡旋轉(zhuǎn)的第二旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，所述控制裝置至少基于所述被加工構(gòu)件的熱影響層的允許厚度與向所述被加工構(gòu)件照射的所述激光的回轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系，控制所述第一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及所述第二旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，并調(diào)整所述第一棱鏡及所述第二棱鏡的轉(zhuǎn)速與相位角之差。
[0014]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述第一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)具有保持所述第一棱鏡且所述激光的光路的部分為中空的第一主軸、及將所述第一主軸旋轉(zhuǎn)自如地內(nèi)插并驅(qū)動該第一主軸旋轉(zhuǎn)的第一中空電動機，所述第二旋轉(zhuǎn)機構(gòu)具有保持所述第二棱鏡且所述激光的光路的部分為中空的第二主軸、及將所述第二主軸旋轉(zhuǎn)自如地內(nèi)插并驅(qū)動該第二主軸旋轉(zhuǎn)的第二中空電動機。
[0015]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述第一中空電動機與所述第二中空電動機的相位角之差的誤差為0.1°以內(nèi)。
[0016]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述加工處理包括切斷加工、開孔加工、焊接加工、包層加工、表面改性加工、表面精加工、激光層疊造形中的至少I個。
[0017]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述控制裝置通過控制所述第一棱鏡及所述第二棱鏡的轉(zhuǎn)速來控制所述熱影響層的允許厚度。
[0018]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述熱影響層包括再熔融層、氧化層、裂紋、粘渣中的至少I個。
[0019]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述被加工構(gòu)件由因科內(nèi)爾(注冊商標)、哈斯特洛伊(注冊商標)、不銹鋼、陶器、鋼、碳素鋼、耐熱鋼、陶瓷、硅、鈦、鎢、樹脂、塑料、纖維強化塑料、復(fù)合材料、Ni基耐熱合金中的任一材料制成。
[0020]另外，在上述加工裝置中，優(yōu)選的是，所述控制裝置至少基于所述被加工構(gòu)件的熱影響層的允許厚度、向所述被加工構(gòu)件照射的所述激光的回轉(zhuǎn)速度、所述激光的回轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，控制所述第一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及所述第二旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，并調(diào)整所述第一棱鏡及所述第二棱鏡的轉(zhuǎn)速與相位角之差。
[0021]為了解決上述的課題，實現(xiàn)目的，本發(fā)明的加工方法是向被加工構(gòu)件照射激光而進行加工處理，其特征在于，具有如下步驟:輸出步驟，輸出激光；決定步驟，至少基于所述被加工構(gòu)件的熱影響層的允許厚度與向所述被加工構(gòu)件照射的所述激光的回轉(zhuǎn)速度之間的關(guān)系，來決定第一棱鏡及第二棱鏡的轉(zhuǎn)速與相位角之差；旋轉(zhuǎn)步驟，使第一旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及第二旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以決定了的轉(zhuǎn)速與相位角之差進行旋轉(zhuǎn)；及照射步驟，使所述激光相對于所述被加工構(gòu)件回轉(zhuǎn)并照射。
[0022]另外，在上述加工方法中，優(yōu)選的是，所述加工處理包括切斷加工、開孔加工、焊接加工、包層加工、表面改性加工、表面精加工、激光層疊造形中的至少I個。
[0023]另外，在上述加工方法中，優(yōu)選的是，所述熱影響層包括再熔融層、氧化層、裂紋、粘渣中的至少I個。
[0024]另外，在上述加工方法中，優(yōu)選的是，所述決定步驟至少基于所述被加工構(gòu)件的熱影響層的允許厚度、向所述被加工構(gòu)件照射的所述激光的回轉(zhuǎn)速度、所述激光的回轉(zhuǎn)半徑的關(guān)系，來決定所述第一棱鏡及所述第二棱鏡的轉(zhuǎn)速與相位角之差。
[0025]發(fā)明效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明的加工裝置及加工方法，僅通過改變第一棱鏡與第二棱鏡的相位角之差就能改變向被加工構(gòu)件照射的激光的回轉(zhuǎn)半徑，因此起到能夠形成為簡單的結(jié)構(gòu)這樣的效果。而且，控制第一棱鏡與第二棱鏡的相位角之差并使向被加工構(gòu)件照射的激光的回轉(zhuǎn)半徑可變，由此能夠以更適合加工條件的回轉(zhuǎn)半徑進行加工處理。由此，能夠滿足要求的加工品質(zhì)，起到能夠高速地進行更高精度的加工這樣的效果。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示第一實施方式的加工裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0028]圖2是表示第一實施方式的照射頭的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0029]圖3是將第一實施方式的照射頭的從激光回轉(zhuǎn)部到噴嘴為止放大表示的放大示意圖。
[0030]圖4是向被加工構(gòu)件照射的激光的照射位置的說明圖。
[0031]圖5是開孔加工后的被加工構(gòu)件的截面的說明圖。
[0032]圖6是表示加工裝置的控制動作的一例的流程圖。
[0033]圖7是加工裝置照射的激光的照射動作的說明圖。
[0034]圖8是表示加工裝置照射的激光的軌跡的一例的示意圖。
[0035]圖9是表示加工裝置照射的激光的軌跡的一例的示意圖。
[0036]圖10是表示加工裝置照射的激光的軌跡的一例的示意圖。
[0037]圖11是表示分多次進行開孔加工時的激光的軌跡的一例的示意圖。
[0038]圖12是由加工裝置進行的切斷加工的動作的說明圖。
[0039]圖13是被切斷加工后的被加工構(gòu)件的熱影響層的說明圖。
[0040]圖14是由加工裝置進行的焊接加工的動作的說明圖。
[0041]圖15是被焊接加工后的被加工構(gòu)件的熱影響層的說明圖。
[0042]圖16是由加工裝置進行的包層加工的動作的說明圖。
[0043]圖17是包層加工后的被加工構(gòu)件的熱影響層的說明圖。
[0044]圖18是由加工裝置進行的表面改性加工的動作的說明圖。
[0045]圖19是表面改性加工后的被加工構(gòu)件的熱影響層的說明圖。
[0046]圖20是表示第二實施方式的照射頭的概略結(jié)構(gòu)的說明圖。
[0047]圖21是表示由加工裝置進行的被加工構(gòu)件的加工例的圖。
[0048]圖22是圖21所示的被加工構(gòu)件的從相反側(cè)觀察到的圖。
【具體實施方式】
[0049]參照附圖，詳細說明用于實施本發(fā)明的方式(實施方式)。沒有通過以下的實施方式記載的內(nèi)容來限定本發(fā)明。而且，以下記載的構(gòu)成要素中包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠容易想到的要素、實質(zhì)上相同的要素。此外，以下記載的結(jié)構(gòu)可以適當組合。而且，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)能夠進行結(jié)構(gòu)的各種省略、置換或變更。
[0050][第一實施方式]
[0051]圖1是表示第一實施方式的加工裝置的結(jié)構(gòu)例的示意圖。
[0052]如圖1所示，加工裝置10包括激光振蕩器12、引導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)14、照射頭16、加工臺20、X軸移動機構(gòu)22、C軸旋轉(zhuǎn)機構(gòu)24、Y軸移動機構(gòu)26、Z軸移動機構(gòu)28、控制裝置30。加工裝置10具有將加工臺20包圍的門型橋32。加工裝置10向保持在加工臺20上的被加工構(gòu)件W照射激光，對被加工構(gòu)件W進行加工。在此，在本實施方式中，將加工臺20的水平面設(shè)為XY平面，將與加工臺20的水平面正交的方向設(shè)為Z軸方向。而且，在本實施方式中，將繞Z軸的旋轉(zhuǎn)方向設(shè)為C軸方向。
[0053]在此，被加工構(gòu)件W例如是板狀的構(gòu)件。作為被加工構(gòu)件W，可以使用由各種材料、例如因科內(nèi)爾(注冊商標)、哈斯特洛伊(注冊商標)、不銹鋼、陶器、鋼、碳素鋼、耐熱鋼、陶瓷、娃、鈦、媽、樹脂、塑料、Ni基耐熱合金等制成的構(gòu)件。而且，作為被加工構(gòu)件W，還可以使用由碳纖維強化塑料(CFRP:Carbon Fiber Reinforced Plastics)、玻璃纖維強化塑料(GFRP:Glass Fiber Reinforced Plastics)、玻璃長纖維強化塑料(GMT:Glass_matReinforced Thermoplastics)等纖維強化塑料、鋼板以外的鐵合金、招合金等各種金屬、各種復(fù)合材料等制成的構(gòu)件。而且，在本實施方式中，加工處理是切斷加工、開孔加工、焊接加工、包層加工、表面改性加工、表面精加工、激光層疊造形中的任一個，也可以將這些加工組入口 ο
[0054]激光振蕩器12是輸出激光的裝置，并列設(shè)于加工裝置10的門型橋32。激光振蕩器12使用例如以光纖為介質(zhì)而輸出激光的光纖激光輸出裝置、或輸出短脈沖的激光的短脈沖激光輸出裝置等。作為光纖激光輸出裝置，可以使用例如法布里一佩洛型光纖激光輸出裝置、