CN106715038B - 激光加工方法及激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

激光加工方法具有下述工序：第1打孔工序，形成从工件(W)的上表面至中央部为止的非贯穿的穿孔；冷却工序，对工件(W)进行冷却；第2打孔工序，使穿孔贯穿至工件的下表面；以及切断工序，对工件进行切断，在第2打孔工序中，一边从将激光束的输出设为比第1输出值小的第2输出值、将焦点位置设为第1聚焦位置、将焦深设为比第1深度大的第2深度、将侧面气体吹送压力设为比第1压力值小的第2压力值的状态，变化至将激光束(L)的输出设为比第1输出值小且比第2输出值大的第3输出值、将焦点位置设为聚焦量比第1聚焦位置大的第2聚焦位置、将焦深设为比第2深度大的第3深度的状态，一边将激光束(L)向工件(W)进行照射而进行打孔加工，从而对光束照射时的自燃进行抑制，实现打孔加工所需的时间的缩短。

Description

激光加工方法及激光加工装置
技术领域
本发明涉及进行打孔加工的激光加工方法及激光加工装置。
背景技术
当前，在通过激光加工对工件进行切断时，使用在切断的开始之前在工件的切断开始点形成通孔的方法。该通孔被称为穿孔，形成穿孔的加工被称为打孔加工。
在专利文献1中公开了一种激光加工方法，其通过在第1条件下向工件照射光束的第1工序、暂时将光束照射停止的第2工序、以及在第2条件下再次照射光束的第3工序而进行打孔加工，由此对打孔加工中的氧化燃烧反应进行抑制，减少飞散的熔融金属量，在短时间形成穿孔。
专利文献1：日本特开2007-75878号公报
发明内容
然而，上述专利文献1所公开的激光加工方法没有公开对第1工序及第3工序中的光束照射时的自燃进行抑制的方法。因此，对于照射的光束输出而言会产生上限，所以现状是打孔加工的时间的缩短效果受到限制。
并且，在专利文献1所公开的激光加工方法中，在第3工序中，除了打孔加工中的熔融金属的排出变难之外，打孔加工的加工点高度也会随时间经过而发生变化。因此，第3工序的打孔效率比第1工序低，所需的加工时间变长，但在专利文献1所公开的激光加工方法中没有提供其解决方法。
本发明就是鉴于上述情况而提出的，其目的在于得到对光束照射时的自燃进行抑制、实现打孔加工所需的时间的缩短的激光加工方法及激光加工装置。
为了解决上述课题、实现目的，本发明涉及一种激光加工方法，其中，向工件照射激光束而形成穿孔，并将穿孔作为加工开始点而对工件进行切断，该激光加工方法的特征在于，具有下述工序：第1打孔工序，形成从工件的上表面至中央部为止的非贯穿的穿孔；冷却工序，将工件进行冷却；第2打孔工序，使穿孔贯穿至工件的下表面；以及切断工序，对工件进行切断，在第1打孔工序中，将激光束的输出设为第1输出值，将激光束的焦点位置设为散焦位置，将激光束的焦深设为第1深度，将供给至加工点的侧面气体的压力即侧面气体吹送压力设为第1压力值，将激光束向工件进行照射而进行打孔加工，在冷却工序中，停止激光束，将侧面气体吹送压力维持在第1压力值而将工件进行冷却，在第2打孔工序中，一边从将激光束的输出设为比第1输出值小的第2输出值、将焦点位置设为第1聚焦位置、将焦深设为比第1深度大的第2深度、将侧面气体吹送压力设为比第1压力值小的第2压力值的状态，变化至将激光束的输出设为比第1输出值小且比第2输出值大的第3输出值、将焦点位置设为聚焦量比第1聚焦位置大的第2聚焦位置、将焦深设为比第2深度大的第3深度的状态，一边将激光束向工件进行照射而进行打孔加工。
发明的效果
本发明涉及的激光加工方法及激光加工装置取得对光束照射时的自燃进行抑制、实现打孔加工所需的时间的缩短这样的效果。
附图说明
图1是表示执行本发明的实施方式1涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。
图2是表示实施方式1涉及的激光加工装置的动作的流程的流程图。
图3是表示实施方式1涉及的激光加工装置的打孔加工中的加工头的位置及激光轮廓的变化的图。
图4是表示实施方式1涉及的激光加工装置的打孔加工中的加工参数的变化的图。
图5是表示实施方式1涉及的激光加工装置的变形结构例的图。
图6是执行本发明的实施方式2涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。
图7是表示实施方式2涉及的激光加工装置的动作的流程的流程图。
图8是执行本发明的实施方式3涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。
图9是表示实施方式3涉及的激光加工装置的加工参数调整用函数的校正处理的流程的流程图。
图10是执行本发明的实施方式4涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。
图11是表示实施方式4涉及的激光加工装置的动作的流程的流程图。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式涉及的激光加工方法及激光加工装置进行详细说明。此外，本发明不限定于本实施方式。
实施方式1.
图1是表示执行本发明的实施方式1涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。激光加工装置100是对工件W照射激光束L而形成穿孔h，将穿孔h作为加工开始点而对工件W进行切断的装置。激光加工装置100具有：激光振荡器1，其振荡形成激光束L；曲率可变光学部件2，其通过使从激光振荡器1射入的激光束L的光束直径进行变化而对激光束L的焦深进行变更；加工头3，其对工件W照射激光束L，喷射辅助气体A；辅助气体供给装置6，其将辅助气体A供给至加工头3；侧面气体喷嘴7，其向工件W的加工点喷射侧面气体S；侧面气体供给装置8，其将侧面气体S供给至侧面气体喷嘴7，能够对从侧面气体喷嘴7向工件W的加工点喷射的侧面气体S的压力即侧面气体吹送压力进行变更；间隙控制器11，其对加工头3和工件W之间的间隔进行控制；伺服控制电路12，其对XYZ各轴的伺服电动机进行控制；数控装置13，其是执行数控程序而对激光束L的输出、激光束L的焦深、激光束L的焦点位置、加工头3与工件W相距的高度即加工头高度、以及供给至加工点的侧面气体S的压力即侧面气体吹送压力进行控制的控制单元；以及激光振荡控制电路14，其对激光振荡器1进行控制。此外，如果例举曲率可变光学部件2的一个例子，则举出可变形反射镜。另外，焦深表示在将激光聚光时形成的光斑直径在光学上被视为相同直径的范围，在被称为“瑞利范围”的定义中，焦深是直径扩大至光斑半径的2√2倍的范围。
加工头3具有：透镜4，其对从曲率可变光学部件2射入的激光束L进行聚光；透镜驱动电动机4a，其将透镜4沿光轴方向进行移动；以及喷嘴5，其输出从透镜4射出的激光束L，并且将从辅助气体供给装置6供给的辅助气体A向工件W的加工点进行喷射。在喷嘴5处设置有对喷嘴5和工件W之间的距离进行检测的间隙传感器5a。透镜4设置于加工头3的内部，将从曲率可变光学部件2射出的激光束L的焦点位置独立于加工头高度地进行变更。
从激光振荡器1射出的激光束L被曲率可变光学部件2引导至预定的光路，射入至加工头3。在加工头3内设置有用于对激光束L进行聚光的透镜4。激光束L通过透镜4而聚光，由在加工头3的前端设置的喷嘴5向工件W进行照射。此外，也可以将从激光振荡器1射出的激光束L进行光纤传输。在该情况下，曲率可变光学部件2使用能够对透射光的焦深进行变更的光学部件。
激光振荡器1的输出的增减以及开启及关闭是基于来自输入了加工程序的数控装置13的指令值而由激光振荡控制电路14进行控制的。工件W载置于加工台20的载置面20a之上，加工台20和加工头3通过驱动源即X轴伺服电动机21x、Y轴伺服电动机21y以及Z轴伺服电动机21z沿X轴方向、Y轴方向以及Z轴方向相对地进行移动，执行按照加工程序的加工。此外，在下面的说明中，假设通过X轴伺服电动机21x、Y轴伺服电动机21y以及Z轴伺服电动机21z使加工头3进行移动，但也可以使加工台20进行移动，还可以使加工头3及加工台20两者进行移动。X轴伺服电动机21x、Y轴伺服电动机21y以及Z轴伺服电动机21z是基于来自输入了加工程序的数控装置13的指令值而由伺服控制电路12进行控制的。此外，Z轴方向是与加工台20的载置面20a垂直的方向，X轴方向及Y轴方向是与加工台20的载置面20a平行的方向。
另外，由间隙传感器5a检测出的信息被发送至间隙控制器11，间隙控制器11将来自数控装置13的指令值和测定值进行比较，将校正指令发送至伺服控制电路12，使加工头3和工件W之间的距离始终与指令值一致。此外，间隙传感器5a也可以与喷嘴5分体地进行设置。
另外，根据来自数控装置13的指令值，辅助气体供给装置6将辅助气体A供给至加工头3内。所供给的辅助气体A由喷嘴5前端与激光束L同轴地进行喷出，用于促进工件W的熔融以及熔融金属的去除。
侧面气体供给装置8根据来自数控装置13的指令值，将侧面气体S供给至侧面喷嘴7。如果例举侧面气体S的一个例子，则可以举出空气。所供给的侧面气体S由侧面喷嘴7向工件W之上的穿孔h周边喷射，用于穿孔h周围的溅射物的去除及冷却、以及氧浓度的控制。侧面喷嘴7固定于加工头3，与加工头3一起上下移动。
实施方式1涉及的激光加工装置100将打孔加工分为下述工序而进行，即：第1打孔工序，形成从工件W的上表面至中央部为止的非贯穿的穿孔h；冷却工序，将工件W进行冷却；以及第2打孔工序，使穿孔h贯穿至工件W的下表面。并且，实施方式1涉及的激光加工装置100将第2打孔工序分为2个工序而进行。因此，实施方式1涉及的激光加工装置将打孔加工分为四个工序而进行。
图2是表示实施方式1涉及的激光加工装置进行打孔加工及切断加工的情况下的动作的流程的流程图。实施方式1涉及的激光加工装置100通过从步骤S01的第1工序至步骤S04的第4工序为止的打孔加工而在工件W形成穿孔h，然后通过步骤S05的切断工序，在规定的切断条件下将激光束L向工件W照射而进行切断加工。
在实施方式1中，针对各个工序对加工参数进行控制，实现自燃的抑制和打孔效率的提高。在这里的加工参数为激光输出、光束轮廓、加工头高度以及侧面气体吹送压力。光束轮廓包含焦点位置及焦深。
首先，对打孔加工的四个工序的概况进行说明。
第1工序是将工件W的上部侧进行打孔的第1打孔工序。在第1工序中，以在短时间打孔至工件W的中央部为目的，将高输出的激光束L向工件W进行照射。在第1工序中，为了对由高输出的激光束L引起的自燃的发生进行抑制而从侧面气体喷嘴7喷射大流量的侧面气体S，促进将高温的溅射物从穿孔h内排出，并且降低加工点的氧纯度。此外，从侧面气体喷嘴7喷射的侧面气体S的流量是通过对由侧面气体供给装置8供给至侧面气体喷嘴7的侧面气体S的压力进行变更而间接地进行控制的，侧面喷嘴吹送压力越高，则流量越大。溅射物是通过激光加工熔融后的金属。在第1工序中，为了使本工序以及后面叙述的第3工序及其以后的溅射物排出变得容易，照射光斑直径大的光束而形成宽孔。即，将射入至透镜4的激光束L的光束直径通过曲率可变光学部件2变小而将焦深变小，并且通过Z轴伺服电动机21z将加工头3配置于第1加工头高度。另外，在第1工序中，通过透镜驱动电动机4a使透镜4沿光轴进行移动，使焦点位置位于散焦位置。
此外，散焦位置是焦点位于与加工面相比靠近光源的位置的状态。聚焦位置是焦点位于与加工面相比远离光源的位置的状态。正焦位置是焦点位于加工面的状态。将处于散焦位置的焦点和正焦位置之间的距离称为散焦量。另外，将处于聚焦位置的焦点和正焦位置之间的距离称为聚焦量。
第2工序为冷却工序。在成为第2打孔工序的准备工序的第2工序中，停止激光束L的照射，将氧化反应中断。在第1工序后，穿孔h的内部堆积有一部分溅射物，因此通过大流量的侧面气体S的喷射，将高温的溅射物进行排出。另外，通过由大流量的侧面气体S实现的冷却和由母材的热扩散实现的自燃冷却，使高温且一部分处于熔融状态的穿孔h凝固。
第3工序是第2打孔工序的前半部分，对工件W的中央部进行打孔。在第3工序中，再次开始在第2工序中停止的打孔。在第3工序中，为了向在第1工序中形成的穿孔h的内部效率良好地照射激光束L，将焦深设得比第1工序大，并且使焦点位置处于聚焦位置。另外，在第3工序中，使用脉冲波的激光束L。通过将脉冲波的激光束L设为低平均输出且高峰值输出，由此能够进行高效的打孔加工，并且对在工件W处因吸收过大的热而引起的自燃进行抑制。另外，第3工序中的脉冲波的激光束L促进溅射物从穿孔h的排出，进一步地提高打孔加工的效率。为了一边确保辅助气体A向加工点的供给，一边抑制材料温度上升和防止在穿孔h周边堆积溅射物，在第3工序中，向加工点喷射与第1工序及第2工序相比低流量的侧面气体S。
此外，虽然焦深越大、越能够效率良好地向加工点照射光束，但在第3工序中如果穿孔h过小，则后面叙述的第4工序中的打孔效率降低。因此，在第3工序中，焦深设为第1工序中的焦深和后面叙述的第4工序中的焦深之间的大小。
第4工序是第2打孔工序的后半部分，对工件W的底部进行打孔。在第4工序中，为了向通过第1至第3工序加工出的穿孔h的内部的工件W底部效率良好地照射激光束L，将焦深设得比第3工序大，并且将聚焦量设得比第3工序大而照射激光束L。在第4工序中使用的激光束L与第3工序相同地，是由高峰值的脉冲波产生的光束。在第4工序中，向与第3工序相比更深的穿孔h位置照射激光束L，因此激光束L的平均输出比第3工序高。在第4工序中，与第3工序相同地，为了一边确保辅助气体A向加工点的供给，一边抑制工件W的温度上升以及防止在穿孔h周边堆积溅射物，向加工点喷射与第1工序及第2工序相比低流量的侧面气体S。
图3是表示实施方式1涉及的激光加工装置的打孔加工中的加工头的位置及激光轮廓的变化的图。图4是表示实施方式1涉及的激光加工装置的打孔加工中的加工参数的变化的图。一边参照图3及图4，一边对四个工序进行详细说明。此外，在图4中，将第1工序标记为t1，将第2工序标记为t2，将第3工序标记为t3，将第4工序标记为t4。
首先，对第1工序进行说明。在第1工序中，将靶材集中在加工的难易度低的工件W的上部侧，在短时间一口气打孔至工件W的中央部。在第1工序中，为了提高第3工序及其以后的打孔的效果，形成与在第3工序及其以后形成的穿孔h相比大直径的孔。
在第1工序中，数控装置13向激光振荡控制电路14发送指令，使激光振荡器1以第1输出值进行振荡。如果例举一个例子，则举出第1输出值为最大输出值。但是，第1输出值不限定于最大输出值。另外，数控装置13控制曲率可变光学部件2，对向加工头3的透镜4射入的激光束L的光束直径进行控制，将焦深设为第1深度。数控装置13向伺服控制电路12发送指令，使加工头3进行移动，将加工头高度设为第1高度。数控装置13向透镜驱动电动机4a发送指令，使透镜4沿光轴进行移动，将焦点位置设为散焦位置。
数控装置13向侧面气体供给装置8发送指令，将从侧面气体喷嘴7喷射的侧面气体S的侧面气体吹送压力控制为与激光束L的输出相对应地决定的第1压力值，由此将对由高输出光束引起的自燃进行抑制的高压的侧面气体S向加工点进行喷射，将高温的溅射物瞬间排出，并且降低加工点的氧纯度。通过将第1输出值设定为激光振荡器的最大输出，由此能够将第1工序的打孔效率提高至最大限度，因此侧面气体吹送压力被设定为与最大输出相对应的压力。此外，如果与激光束L的输出相比侧面气体吹送压力过高，则会妨碍向加工点的氧供给，并且溅射物从穿孔h卷起，难以通过侧面气体S进行去除。
接下来，在第2工序中，数控装置13向激光振荡控制电路14发送指令，停止激光束L的照射。另外，数控装置13将侧面气体吹送压力及加工头高度维持在与第1工序相同的第1压力值及第1高度。在第2工序中虽然不照射激光束L，但由于在第1工序中发生的氧化燃烧反应没有立即停止，因此继续以高压喷射侧面气体S，将高温的溅射物从穿孔h排出，并且降低加工点的氧纯度而将氧化反应中断。另外，为了提高熔融溅射物的排出效率，需要在加工头3与工件W的上表面之间确保充分大小的间隙，因此在第2工序中也维持第1高度。在第2工序中，通过将加工头高度维持在第1高度，由此能够提高熔融溅射物的排出效率。当然能够将第2工序的加工头高度设定为大于或等于第1高度而进一步提高熔融溅射物的排出效率。这样，在第2工序中，将加工头3控制在适当的位置，以使得加工头3不会过于靠近工件W而导致熔融溅射物的排出效率降低。
并且，数控装置13向曲率可变光学部件2发送指令而改变激光束L的光束直径，将焦深变更为比第1深度大的第2深度。另外，数控装置13向透镜驱动电动机4a发送指令而使透镜4进行移动，将焦点位置变更为第1聚焦位置。焦点位置及焦深的变更是为了准备第3工序而进行的动作，但在第2工序中，由于不照射激光束L，因此不会产生由焦点位置及焦深的变更造成的影响。在第2工序期间，通过将焦点位置从散焦位置变更至第1聚焦位置，将焦深从第1深度变更至第2深度，由此能够缩短从第2工序结束至第3工序开始为止的时间。
接下来，在第3工序中，数控装置13向激光振荡控制电路14发送指令，使激光振荡器1以第1输出值的脉冲波进行振荡。在对通过第1工序形成的穿孔h的底部进行加工的第3工序中，难以从穿孔h排出溅射物，因此如果激光输出高，则由加工工件W吸收的热过大，会发生自燃。通过从激光振荡器1振荡形成脉冲波的激光束L，并设为低平均输出且高峰值输出，由此进行高效的打孔加工，并且防止工件W吸收过大的热，对自燃进行抑制。
另外，在第3工序中，数控装置13向伺服控制电路12发送指令，使加工头3进行移动，将加工头高度设为比第1高度低的第2高度。由此，高纯度地供给穿孔h的底部处的辅助气体A。数控装置13向侧面气体供给装置8发送指令，使从侧面气体喷嘴7喷射的侧面气体S的侧面气体吹送压力变化为比第1压力低的第2压力。由此，从侧面气体喷嘴7以与第1工序相比的低流量即第2流量而向加工点喷射侧面气体S。另外，数控装置13将焦点位置及焦深维持在第1聚焦位置及第2深度。
在第4工序中，数控装置13向激光振荡控制电路14发送指令，使激光振荡器1以第1输出值的脉冲波进行振荡。数控装置13向曲率可变光学部件2发送指令，将焦深变更为比第2深度大的第3深度。另外，数控装置13向透镜驱动电动机4a发送指令，将焦点位置变更为第2聚焦位置。另外，数控装置13将侧面气体吹送压力及加工头高度维持在与第3工序相同的第2压力值及第2高度。
图5是表示实施方式1涉及的激光加工装置的变形结构例的图。变形结构例涉及的激光加工装置101在图1所示的结构的基础上，还具有：溅射物附着防止剂喷嘴9，其向工件W的加工点喷射溅射物附着防止剂O；以及溅射物附着防止剂供给装置10，其将溅射物附着防止剂供给至溅射物附着防止剂喷嘴9。
溅射物附着防止剂供给装置10根据来自数控装置13的指令值而将溅射物附着防止剂O供给至溅射物附着防止剂喷嘴9。在这里，溅射物附着防止剂O用于防止溅射物向工件W的固接，以脱模剂或者油分为成分。供给至溅射物附着防止剂喷嘴9的溅射物附着防止剂O从溅射物附着防止剂喷嘴9向工件W之上的穿孔h周边进行喷射，用于防止穿孔h周围的溅射物固接。
溅射物附着防止剂喷嘴9是与加工头3独立地固定的，以使得溅射物附着防止剂O不会附着于喷嘴5。并且，在喷射溅射物附着防止剂O时，加工头3上升至退避位置。
在具有溅射物附着防止剂喷嘴9及溅射物附着防止剂供给装置10的结构中，在第2工序结束后，在暂时停止侧面气体吹送之后使加工头3上升至退避位置，将溅射物附着防止剂O向加工点进行供给。通过这样的动作，能够抑制溅射物向工件W的固接。
在上述的说明中，说明了将第2打孔工序分为2个工序而进行的例子，但第2打孔工序也可以分为大于或等于3个工序而进行。此外，在第2打孔工序中也可以使激光束L的输出、焦深及焦点位置、加工头高度、以及侧面气体吹送压力连续地进行变化，但阶段性地进行变化更容易控制。
实施方式1涉及的激光加工装置100在第1打孔工序及第2打孔工序中向加工点供给侧面气体吹送，因此即使将激光的输出提高至在没有侧面气体吹送的情况下会发生自燃的输出，也能够对自燃的发生进行抑制。实施方式1涉及的激光加工装置100以高输出的激光束L进行打孔加工，从而与以即使没有侧面气体吹送也不会发生自燃的激光输出进行打孔加工的情况相比，能够缩短打孔加工所需的时间。
另外，实施方式1涉及的激光加工装置100在第2打孔工序中，从将激光束L的输出设为比第1输出值小的第2输出值、将焦点位置设为第1聚焦位置、将焦深设为比第1深度大的第2深度、将侧面气体吹送压力设为比第1压力值小的第2压力值的状态，变化至将激光束L的输出设为比第1输出值小且比第2输出值大的第3输出值、将焦点位置设为聚焦量比第1聚焦位置大的第2聚焦位置、将焦深设为比第2深度大的第3深度的状态。由此，实施方式1涉及的激光加工装置100能够提高打孔加工效率，能够实现穿孔h的贯穿所需的时间的缩短化。
实施方式2.
图6是执行本发明的实施方式2涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。实施方式2涉及的激光加工装置102与实施方式1涉及的激光加工装置100的不同点在于还具有温度传感器15。温度传感器15是对加工点的周围的工件W的温度进行测定的传感器。实施方式2涉及的激光加工装置102的除了温度传感器15以外的结构要素与实施方式1涉及的激光加工装置100相同。
在实施方式2中，数控装置13针对加工参数的各成分，保存有表示工件W的温度与调整量之间的关系的函数即加工参数调整用函数，通过将温度传感器15的测定结果代入至加工参数调整用函数，由此对加工参数的调整量进行计算。加工参数调整用函数如下定义，即，将基准温度中的加工参数的值设为基准值，将与基准温度和工件W的温度之间的温度差相对应地从加工参数的基准值开始进行增减的调整量设为函数。加工参数调整用函数是基于实际进行打孔加工的结果而求出的。数控装置13采用使用加工参数调整用函数调整后的加工参数而进行激光加工。
图7是表示实施方式2涉及的激光加工装置的打孔加工的动作的流程的流程图。在第1打孔工序、第2打孔工序以及切断工序中的激光照射之前，由温度传感器15对工件W的温度进行测定。即，在步骤S01的第1工序、步骤S03的第3工序、步骤S04的第4工序以及步骤S05的切断工序之前，在步骤S11至S14中利用温度传感器15对工件W的温度进行测定。并且，在步骤S01的第1工序中，在基于步骤S11中的温度传感器15的测定结果对加工参数进行调整之后进行加工。在步骤S03的第3工序中，在基于步骤S12中的温度传感器15的测定结果对加工参数进行调整之后进行加工。在步骤S04的第4工序中，在基于步骤S13中的温度传感器15的测定结果对加工参数进行调整之后进行加工。在步骤S05的切断工序中，在基于步骤S14中的温度传感器15的测定结果对加工参数进行调整之后进行激光加工。
此外，在步骤S01的第1工序、步骤S03的第3工序、步骤S04的第4工序以及步骤S05的切断工序中使用的加工参数调整用函数既可以相同，也可以不同。
自燃的发生概率根据工件W的组分的个体差、工件W的表面氧化覆膜状态的个体差以及工件W的余热状态而不同，但在实施方式2中，利用温度传感器15对工件W的温度进行测定，对加工参数进行调整。因此，实施方式2对自燃的发生进行抑制，并且与实施方式1相比，对打孔时间的增大进行抑制的效果更好。即，实施方式2与实施方式1相比，防止自燃的发生的效果相同，并且能够进一步缩短打孔加工时间。
实施方式3.
图8是执行本发明的实施方式3涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。实施方式3涉及的激光加工装置103与实施方式2的不同点在于还具有光传感器16。光传感器16是对加工点的光强度进行检测的传感器。数控装置13基于由光传感器16检测出的光强度，能够对自燃的发生以及穿孔h的贯穿时间进行检测。实施方式3涉及的激光加工装置103的除了光传感器16以外的结构要素与实施方式2涉及的激光加工装置102相同。
自燃的发生概率与穿孔h的贯穿时间之间处于折衷关系。因此，如果以自燃的发生概率变低的方式而对加工参数进行设定，则穿孔h的贯穿时间变长，如果以穿孔h的贯穿时间变短的方式而对加工参数进行设定，则自燃的发生概率变高。
在实施方式3中，数控装置13基于光传感器16的检测结果而对加工参数调整用函数进行校正，以使得能够在发生了自燃的情况下，以贯穿时间变长、但自燃的发生概率变低的方式而对加工参数进行校正，在对穿孔h进行贯穿而未发生自燃的情况下，以能够在更短时间将穿孔h贯穿的方式对加工参数进行校正。即，在发生了自燃的情况下，数控装置13以加工参数向时间增加侧进行变更的方式而对加工参数调整用函数进行校正，在对穿孔h进行贯穿而未发生自燃的情况下，以加工参数向时间缩短侧进行变更的方式而对加工参数调整用函数进行校正。
具体地说，实施方式3涉及的激光加工装置103基于由光传感器16检测到的自燃的发生以及穿孔h的贯穿时间，对加工参数调整用函数进行校正。图9是表示实施方式3涉及的激光加工装置的加工参数调整用函数的校正处理的流程的流程图。加工参数调整用函数的校正是在每次进行打孔加工时由数控装置13执行的。
在步骤S51中，数控装置13对光传感器16的测定结果进行读取。在步骤S52中，数控装置13基于光传感器16的测定结果，判断是否存在自燃检测信号。如果存在自燃检测信号(步骤S52：Yes)，则进入至步骤S56，数控装置13将加工参数调整用函数向时间增加侧进行校正，将校正后的函数登记而设为时间缩短侧上限。在步骤S56之后，数控装置13结束处理。
如果没有自燃检测信号(步骤S52：No)，则在步骤S53中，数控装置13判断穿孔h的贯穿时间是否比上次的打孔加工时的贯穿时间短。如果穿孔h的贯穿时间比上次的打孔加工时的贯穿时间短(步骤S53：Yes)，则数控装置13结束处理。如果穿孔h的贯穿时间大于或等于上次的打孔加工时的贯穿时间(步骤S53：No)，则在步骤S54中，数控装置13判断当前的加工参数调整用函数是否为时间缩短侧上限。如果当前的加工参数调整用函数为时间缩短侧上限(步骤S54：Yes)，则数控装置13结束处理。如果当前的加工参数调整用函数不是时间缩短侧上限(步骤S54：No)，则在步骤S55中，数控装置13将加工参数调整用函数向时间缩短侧进行校正。在步骤S55之后，数控装置13结束处理。
加工参数调整用函数优选是按照每个材料规格而求出的，但如上所述，加工参数调整用函数是基于实际进行打孔加工的结果而求出的。因此，如果针对能够成为加工对象的全部材料规格而求出加工参数调整用函数，并将它们预先存储至数控装置13，则会伴随工作量的产生。在实施方式3涉及的激光加工装置103中，利用光传感器16对自燃的发生以及穿孔h的贯穿时间进行检测，基于光传感器16的检测结果而对加工参数调整用函数进行校正。因此，在实施方式3涉及的激光加工装置103中，能够将代表性的材料规格的加工参数调整用函数用于类似规格的材料的加工参数的调整，因此能够将制作加工参数调整用函数并存储至数控装置13的工作量减轻。
另外，实施方式3涉及的激光加工装置103在同一规格的材料的加工中，也能够对由材料组分的个体差、表面氧化覆膜状态的个体差、工件W的余热状态的变化引起的自燃的发生概率的上升进行抑制。
实施方式4.
图10是执行本发明的实施方式4涉及的激光加工方法的激光加工装置的装置结构图。实施方式4涉及的激光加工装置104与实施方式3的不同点在于还具有冷却用流体喷射喷嘴17。冷却用流体喷射喷嘴17是向工件W的加工点附近喷射冷却用流体的喷嘴。作为冷却用流体的一个例子，能够举出水。实施方式4涉及的激光加工装置104的除了冷却用流体喷射喷嘴17以外的结构要素与实施方式3相同。
图11是表示实施方式4涉及的激光加工装置的动作的流程的流程图。在即将进行第1打孔工序之前、即将进行冷却工序之前以及即将进行切断工序之前，从冷却用流体喷射喷嘴17向工件W吹送冷却用流体。即，在即将进行步骤S01的第1工序、步骤S02的第2工序以及步骤S05的切断工序之前，在步骤S21至S23中从冷却用流体喷射喷嘴17向工件W吹送冷却用流体。
通过在步骤S21至S23中向工件W吹送冷却用流体，从而工件W的温度降低。因此，与没有吹送冷却用流体的情况相比，能够降低自燃的发生概率，实现加工的稳定化。
以上的实施方式示出的结构表示本发明的内容的一个例子，既能够与其他公知的技术进行组合，也能够在不脱离本发明的主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。
标号的说明
1激光振荡器，2曲率可变光学部件，3加工头，4透镜，4a透镜驱动电动机，5喷嘴，5a间隙传感器，6辅助气体供给装置，7侧面气体喷嘴，8侧面气体供给装置，9溅射物附着防止剂喷嘴，10溅射物附着防止剂供给装置，11间隙控制器，12伺服控制电路，13数控装置，14激光振荡控制电路，15温度传感器，16光传感器，17冷却用流体喷射喷嘴，20加工台，20a载置面，21x X轴伺服电动机，21y Y轴伺服电动机，21z Z轴伺服电动机，100、101、102、103、104激光加工装置。

Claims (10)

1.一种激光加工方法，向工件照射激光束而形成穿孔，并将该穿孔作为加工开始点而对所述工件进行切断，该激光加工方法的特征在于，
具有下述工序：第1打孔工序，形成从所述工件的上表面至中央部为止的非贯穿的所述穿孔；冷却工序，对所述工件进行冷却；第2打孔工序，使所述穿孔贯穿至所述工件的下表面；以及切断工序，对所述工件进行切断，
在所述第1打孔工序中，将所述激光束的输出设为第1输出值，将所述激光束的焦点位置设为散焦位置，将所述激光束的焦深设为第1深度，将供给至加工点的侧面气体的压力即侧面气体吹送压力设为第1压力值，将所述激光束向所述工件进行照射而进行打孔加工，
在所述第2打孔工序中，一边从将所述激光束的输出设为比所述第1输出值小的第2输出值、将所述焦点位置设为第1聚焦位置、将所述焦深设为比所述第1深度大的第2深度、将所述侧面气体吹送压力设为比所述第1压力值小的第2压力值的状态，变化至将所述激光束的输出设为比所述第1输出值小且比所述第2输出值大的第3输出值、将所述焦点位置设为聚焦量比所述第1聚焦位置大的第2聚焦位置、将所述焦深设为比所述第2深度大的第3深度的状态，一边将所述激光束向所述工件进行照射而进行打孔加工，
在所述第1打孔工序中，将向所述工件照射所述激光束的加工头与所述工件相距的高度即加工头高度设为第1高度，
在所述冷却工序中，将所述加工头高度维持在所述第1高度，
在所述第2打孔工序中，将所述加工头高度设为比所述第1高度低的第2高度。
2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述冷却工序的执行中，将所述焦点位置从所述散焦位置变更至所述第1聚焦位置，将所述焦深从所述第1深度变更至所述第2深度。
3.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
在所述第2打孔工序中，使所述激光束的输出、所述焦点位置及所述焦深阶段性地进行变化。
4.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，
分别在所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述切断工序之前，对所述工件的温度进行测定，基于测定出的所述工件的温度，通过加工参数调整用函数对所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述切断工序中的所述激光束的输出、所述焦点位置、所述焦深以及所述侧面气体吹送压力进行调整而进行加工。
5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，
对所述第1打孔工序及所述第2打孔工序中的自燃的发生、从加工开始至所述穿孔贯穿为止所需的贯穿时间进行检测，
在检测到所述自燃的发生时，将所述加工参数调整用函数向时间增加侧进行校正，
在没有检测到所述自燃的发生、且所述贯穿时间比上次长的情况下，将所述加工参数调整用函数向时间缩短侧进行校正。
6.根据权利要求4或5所述的激光加工方法，其特征在于，分别在所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述切断工序之前，向所述工件吹送冷却用流体。
7.一种激光加工装置，其向工件照射激光束而形成穿孔，并将该穿孔作为加工开始点而对所述工件进行切断，该激光加工装置的特征在于，具有：
激光振荡器，其振荡形成所述激光束；
曲率可变光学部件，对所述激光束的焦深进行变更；
加工头，其与所述工件相距的高度即加工头高度是可变的，该加工头向所述工件照射所述激光束；
透镜，其设置于所述加工头的内部，使从所述曲率可变光学部件射出的所述激光束的焦点位置独立于所述加工头高度地进行变更；
侧面气体供给装置，其能够对向所述工件的加工点喷射的侧面气体的压力即侧面气体吹送压力进行变更；以及
控制单元，其对所述激光束的输出、所述焦深、所述焦点位置、所述加工头高度、以及所述侧面气体吹送压力进行控制，
所述控制单元进行如下控制，即，
在形成从所述工件的上表面至中央部为止的非贯穿的所述穿孔的第1打孔工序中，将所述激光束的输出设为第1输出值，将所述焦点位置设为散焦位置，将所述焦深设为第1深度，将所述侧面气体吹送压力设为第1压力值，将所述激光束向所述工件进行照射而进行打孔加工，
在使所述穿孔贯穿至所述工件的下表面的第2打孔工序中，一边从将所述激光束的输出设为比所述第1输出值小的第2输出值、将所述焦点位置设为第1聚焦位置、将所述焦深设为比所述第1深度大的第2深度、将所述侧面气体吹送压力设为比所述第1压力值小的第2压力值的状态，变化至将所述激光束的输出设为比所述第1输出值小且比所述第2输出值大的第3输出值、将所述焦点位置设为聚焦量比所述第1聚焦位置大的第2聚焦位置、将所述焦深设为比所述第2深度大的第3深度的状态，一边进行打孔加工。
8.根据权利要求7所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有温度传感器，该温度传感器对所述工件的温度进行测定，
所述控制单元在所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述进行切断的切断工序之前，利用所述温度传感器对所述工件的温度进行测定，基于测定出的所述工件的温度，通过加工参数调整用函数对所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述切断工序中的所述激光束的输出、所述焦点位置、所述焦深以及所述侧面气体吹送压力进行调整而进行激光加工。
9.根据权利要求8所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有光传感器，该光传感器对所述第1打孔工序及所述第2打孔工序中的自燃的发生、从加工开始至所述穿孔贯穿为止所需的贯穿时间进行检测，
所述控制单元在检测到所述自燃的发生时，将所述加工参数调整用函数向时间增加侧进行校正，
在没有检测到所述自燃的发生、且所述贯穿时间比上次长的情况下，将所述加工参数调整用函数向时间缩短侧进行校正。
10.根据权利要求8或9所述的激光加工装置，其特征在于，
还具有向所述工件吹送冷却用流体的单元，
所述控制单元进行控制，以使得在所述第1打孔工序、所述第2打孔工序以及所述切断工序之前向所述工件吹送所述冷却用流体。
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