CN107614184B - 激光切断方法 - Google Patents

激光切断方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107614184B
CN107614184B CN201680033382.5A CN201680033382A CN107614184B CN 107614184 B CN107614184 B CN 107614184B CN 201680033382 A CN201680033382 A CN 201680033382A CN 107614184 B CN107614184 B CN 107614184B
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
oscillator
machined material
projected
lens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201680033382.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107614184A (zh
Inventor
迫宏
石黑宏明
杉山明彦
沟口佑也
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tian Tian Holdings Group Ltd
Original Assignee
Tian Tian Holdings Group Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tian Tian Holdings Group Ltd filed Critical Tian Tian Holdings Group Ltd
Publication of CN107614184A publication Critical patent/CN107614184A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107614184B publication Critical patent/CN107614184B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/064—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms
    • B23K26/0648—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by means of optical elements, e.g. lenses, mirrors or prisms comprising lenses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/0665—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing by beam condensation on the workpiece, e.g. for focusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B23K26/06—Shaping the laser beam, e.g. by masks or multi-focusing
    • B23K26/067—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing
    • B23K26/0676—Dividing the beam into multiple beams, e.g. multifocusing into dependently operating sub-beams, e.g. an array of spots with fixed spatial relationship or for performing simultaneously identical operations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/08—Devices involving relative movement between laser beam and workpiece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/14—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor
    • B23K26/142—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring using a fluid stream, e.g. a jet of gas, in conjunction with the laser beam; Nozzles therefor for the removal of by-products

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

激光加工机(100)具备激光振荡器(11)。激光振荡器(11)激发波长为1μm或者比其短的波段的激光。一条处理光纤(12)传递从激光振荡器(11)射出的激光。由多面透镜构成的聚光透镜(27)为聚光光学元件的一个例子。就聚光光学元件而言，当从处理光纤(12)射出的激光照射至作为被加工材料的板材(W1)时，在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的板材(W1)开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于单位面积内的多个位置。

Description

激光切断方法
技术领域
本发明涉及激光加工机以及激光切断方法。
背景技术
作为射出供激光加工机切断加工材料的激光的激光振荡器，存在CO2激光振荡器、YAG激光振荡器、盘形激光振荡器、光纤激光振荡器、直接二极管激光振荡器(DDL振荡器)等各种振荡器。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2013/058072号
发明内容
CO2激光振荡器的装置大型化且高成本。与此相对，光纤激光振荡器、DDL 振荡器能够使装置小型化且低运行成本，因此近年来，在激光加工机中广泛使用光纤激光振荡器、DDL振荡器。
在利用氮气等辅助气体无氧化切断金属的板材(特别是不锈钢、铝)的情况下，若在利用使用了CO2激光振荡器的激光加工机进行切断加工的情况与利用使用了光纤激光振荡器或者DDL振荡器的激光加工机进行切断加工的情况下进行比较，则与后者相比前者的切断面粗糙度较小，切断面的品质优越。并且，前者的切断面粗糙度与板厚无关几乎恒定，与此相对，后者的切断面粗糙度在板厚越厚时越恶化。
另外，若利用使用了光纤激光振荡器或者DDL振荡器的激光加工机切断加工例如板厚3mm以上的厚板，则产生渣滓并附着于板材，从而切断面的品质恶化。
如上所述，光纤激光振荡器、DDL振荡器虽为小型且低运行成本，但具有切断面的品质不良的缺点，因此在要求高品质的切断面的情况下，无法使用光纤激光振荡器、DDL振荡器。
光纤激光振荡器、DDL振荡器是激发波长为1μm或者比其短的波段的激光的激光振荡器的优选的例子。代替光纤激光振荡器与DDL振荡器，使用了盘形激光振荡器的情况也相同。
因此，即便使用激发波长为1μm或者比其短的波段的激光的激光振荡器，也迫切希望切断面的品质良好的激光加工机的出现。
实施方式的目的在于提供一种使用了能够与以往相比改善切断面的品质的激发波长为1μm或者比其短的波段的激光的激光振荡器的激光加工机以及激光切断方法。
根据实施方式的第一方式，提供一种激光加工机，其特征在于，具备：激发波长为1μm波段或者比其短的波段的激光的激光振荡器；传递从上述激光振荡器射出的激光的一条处理光纤(process fibers)；以及聚光光学元件，当从上述处理光纤射出的激光照射至被加工材料时，在从使激光的光轴的半径 0.5mm的单位面积内的上述被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于上述单位面积内的多个位置。
在上述的激光加工机中，优选上述聚光光学元件不单独地控制各个聚光点处的激光输出。
在上述的激光加工机中，能够构成为进一步具备使从上述激光振荡器射出的激光平行光化的准直透镜，上述聚光光学元件为使通过上述准直透镜平行光化的激光聚集于上述被加工材料的多面透镜。
此时，上述多面透镜优选在激光的入射面形成有四边形以上的多边形的多个平面。
在上述的激光加工机中，上述聚光光学元件也可以使从上述激光振荡器射出的激光聚集于光束传递用光纤的光纤芯部的多个位置，从而使激光聚集于上述单位面积内的多个位置。
在上述的激光加工机中，上述聚光光学元件可以为衍射光学元件，也可以为能够相对于激光的光轴在垂直方向上移动自如的聚光透镜。
根据实施方式的第二方式，提供一种激光切断方法，其特征在于，利用激发波长为1μm波段或者比其短的波段的激光的激光振荡器射出激光，利用一条处理光纤传递从上述激光振荡器射出的激光，当从上述处理光纤射出的激光照射至被加工材料时，在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的上述被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于上述单位面积内的多个位置，从而切断上述被加工材料。
在上述的激光切断方法中，优选在使激光聚集于上述单位面积内的多个位置时，不单独地控制各个聚光点处的激光输出。
在上述的激光切断方法中，优选在通过激光使上述被加工材料熔融时，向上述被加工材料供给辅助气体压力2.0MPa以上且3.0MPa以下的辅助气体。
在上述的激光切断方法中，优选将光束参数积设为23mm·mrad以上且 28mm·mrad以下。
根据实施方式的激光加工机以及激光切断方法，能够使用激发波长为1μm 或者比其短的波段的激光的激光振荡器，并且与以往相比改善切断面的品质。
附图说明
图1是表示一个实施方式的激光加工机的整体构成例的立体图。
图2是表示使图1中的激光振荡器11由光纤激光振荡器11F构成的情况下的示意的构成的图。
图3是表示使图1中的激光振荡器11由直接二极管激光振荡器11D构成的情况下的示意的构成的图。
图4是用于对入射至板材的切断正面的激光的入射角进行说明的剖视图。
图5是表示将CO2激光振荡器、光纤激光振荡器11F以及DDL振荡器11D 用作激光振荡器11时的相对于切断正面的入射角与激光的吸收率的关系的特性图。
图6是表示激光向切断正面的整体入射的状态的概念图。
图7是表示将CO2激光振荡器、光纤激光振荡器11F以及DDL振荡器11D 用作激光振荡器11时的板厚t与吸收率最大聚光直径damax的关系的特性图。
图8是用于对切断板材的切断速度V进行说明的概念立体图。
图9是用于对聚光直径d的计算方法进行说明的图。
图10是将光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D用作激光振荡器11，并集中表示入射角78、80、82.5、83、85.6、87度的每一个的吸收率Ab、吸收率最大聚光直径damax、切断速度规定参数Ab/damax的图。
图11是将光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D用作激光振荡器11，并在入射角78、80、82.5、83、85.6、87度的每一个中表示多个板厚t与吸收率最大聚光直径damax的关系的特性图。
图12是表示多面透镜的一个构成例的俯视图。
图13是表示吸收率最大聚光直径damax与切断速度规定参数Ab/damax 的关系、和吸收率最大聚光直径damax与切断速度V的关系的特性图。
图14是表示吸收率最大聚光直径damax与切断面粗糙度Ra的关系、和吸收率最大聚光直径damax与切断速度V的关系的特性图。
图15是表示一个实施方式的激光加工机与比较例的激光加工机的每一个的板厚t与切断面粗糙度Ra的关系的特性图。
图16是示意性地表示DOE透镜的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式的激光加工机以及激光切断方法进行说明。在本实施方式中，对将光纤激光振荡器或者DDL振荡器用作激发波长为1μm 或者比其短的波段的激光的激光振荡器的情况进行说明。
在图1中，激光加工机100具备：生成并射出激光LB的激光振荡器11；激光加工单元15；以及将激光LB向激光加工单元15传递的处理光纤12。激光加工机100利用从激光振荡器11射出的激光LB来切断加工作为被加工材料的板材W1。
激光振荡器11为光纤激光振荡器或者直接二极管激光振荡器(以下，为 DDL振荡器)。处理光纤12沿着配置于激光加工单元15的X轴以及Y轴的电缆导筒(未图示)安装。
激光加工单元15具有：载置板材W1的加工工作台21；能够在加工工作台21上沿X轴方向移动自如的门式的X轴滑架22；以及能够在X轴滑架22 上沿与X轴垂直的Y轴方向移动的Y轴滑架23。另外，激光加工单元15具有固定于Y轴滑架23的准直单元29。
准直单元29具有：将从处理光纤12的输出端射出的激光LB平行光化并形成大致平行光束的准直透镜28；以及使转换成大致平行光束的激光LB朝向与X轴以及Y轴垂直的Z轴方向下方反射的弯曲反射镜25。另外，准直单元 29具有使由弯曲反射镜25反射的激光LB聚光的聚光透镜27以及加工头26。
准直透镜28、弯曲反射镜25、聚光透镜27、加工头26在预先调整了光轴的状态下固定于准直单元29内。为了修正焦点位置，也可以将准直透镜28 构成为沿X轴方向移动。
准直单元29固定于能够沿Y轴方向移动自如的Y轴滑架23，Y轴滑架 23设置于能够沿X轴方向移动自如的X轴滑架22。因此，激光加工单元15 能够使将从加工头26射出的激光LB照射至板材W1的位置沿X轴方向以及 Y轴方向移动。
通过以上的构成，激光加工机100能够通过处理光纤12而使从激光振荡器11射出的激光LB向激光加工单元15传递，从而照射至板材W1而对板材 W1进行切断加工。
此外，在切断加工板材W1时，向板材W1喷射用于除去熔融物的辅助气体。在图1中，喷射辅助气体的构成省略图示。
图2是示出了使激光振荡器11由光纤激光振荡器11F构成的情况下的示意构成。在图2中，多个激光二极管110分别射出波长λ的激光。激发组合器 111使从多个激光二极管110射出的激光进行空间光束耦合。
从激发组合器111射出的激光入射至两个光纤布拉格光栅(FBG)112、 114之间的Yb掺杂光纤113。Yb掺杂光纤113是在芯部添加有稀土族的Yb (镱)元素的光纤。
入射至Yb掺杂光纤113的激光在FBG112、114之间反复往复，从FBG114 射出与波长λ不同的大体1060nm～1080nm的波长λ’(1μm波段)的激光。从FBG114射出的激光经由传输光纤(Feeding fibers)115以及光束耦合器116 入射至处理光纤12。光束耦合器116具有透镜1161、1162。
此外，处理光纤12由一条光纤构成，在照射至板材W1前，不存在由处理光纤12传递的激光与其他的激光合成的情况。
图3示出了使激光振荡器11由DDL振荡器11D构成的情况下的示意的构成。在图3中，多个激光二极管117分别射出相互不同的波长λ1～λn的激光。波长λ1～λn(比1μm短的波段)例如为910nm～950nm。
光学检测箱118使从多个激光二极管117射出的波长λ1～λn的激光进行空间光束耦合。光学检测箱118具有准直透镜1181、光栅1182以及聚光透镜1183。
准直透镜1181使波长λ1～λn的激光平行光化。光栅1182使平行光化的激光的方向弯曲90度，入射至聚光透镜1183。聚光透镜1183使入射的激光聚光并入射至处理光纤12。
此外，处理光纤12由一条光纤构成，在照射至板材W1前，不存在由处理光纤12传递的激光与其他的激光合成的情况。
接下来，即便使用光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D，也考察如何使板材W1的切断面的品质变得良好。
图4示意性地示出了从图的上方照射的激光向板材W1的切断正面W1cf 入射并反射的状态。激光的入射方向与由正交于切断正面W1cf的虚线表示的方向所成的角度为激光的入射角θ。若切断正面W1cf为理想的平面，则板材 W1的底面与切断正面W1cf所成的角度也成为入射角。
图5示出了作为激光振荡器11使用了CO2激光振荡器、光纤激光振荡器 11F以及DDL振荡器11D时的入射角θ与激光的吸收率的关系。此处，示出了使板材W1为铁系材料时的特性图。
如图5所示，在使用了CO2激光振荡器的情况下，在入射角θ为87度时，吸收率成为最大。在使用了光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D的情况下，在入射角θ为77.5度时，吸收率成为最大。
如图6所示，将板材W1的板厚设为t，将激光(激光束)的聚光直径设为d，将激光与切断正面W1cf所成的角度设为φ，从而假定为聚光直径d的激光向切断正面W1cf的整体入射。此时，式(1)成立。此外，φ＝90－θ。
d＝t·tanφ…(1)
若基于图5，使用式(1)，求得板厚t与吸收率成为最大的聚光直径damax (以下，为吸收率最大聚光直径damax)的关系，则成为图7。根据图7，明确若将光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D用作激光振荡器11，则与使用了CO2激光振荡器的情况相比，吸收率最大聚光直径damax为4.2倍左右较大。
然而，若吸收率最大聚光直径damax过大，则无法在加工点确保充分的功率密度，而导致切断速度变慢。
使用图8，对切断板材W1的切断速度进行说明。在图8中，入射至聚光透镜27的激光(激光束)的入射光束直径为D，被聚光透镜27聚光的激光照射至板材W1。
将激光输出设为P(W)(W＝J/s)，将板材W1对激光的吸收率设为Ab，将切断宽度设为b(mm)，将板厚设为t(mm)，将使材料熔融或者蒸发的能量设为E(J/cm3)。利用激光来切断板材W1时的切断速度V(cm/s)由式(2) 表示。
V＝P·Ab/(E·b·t)…(2)
其中，全部的能量被切断槽的切断正面W1cf吸收，而不存在材料的热传导带来的损耗，从而假定为切断槽内的熔融金属被辅助气体完全排出。
此外，为了使渣滓不附着于板材W1，使切断面的品质变得良好，优选供给至板材W1的辅助气体的压力(辅助气体压力)较高。也可以将辅助气体压力例如形成2.0MPa以上且3.0MPa以下。
根据式(2)，明确切断速度V与吸收率Ab成正比例，且与切断宽度b成反比例。聚光直径d越小，切断宽度b就越小。
使用图9，对如何求得聚光直径d进行说明。若将激光的波长设为λ，将聚光透镜27的焦距设为f，将光束参数积设为BPP(Beam Parameter Products)，则聚光直径d由式(3)表示。
d＝(1.27·π·f·BPP)/D…(3)
此外，BPP为激光束的扩散角与光束束腰(Beam waist)(光束直径)的积，且是表示激光束的品质的指标。通常，在以高斯形式优美的光束轮廓为理想的情况下，BPP值也可以为1。然而，明确了在进行利用高能量密度的激光束的金属板切断加工、尤其对板厚3mm以上的厚板进行切断加工的情况下，未必是使BPP值接近1与高品位的加工(面粗度良好的加工)相关联。
在切断加工板厚3mm以上的厚板的情况下，优选增大光束直径，该情况下的BPP优选形成23mm·mrad以上且28mm·mrad以下。
在将光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D用作激光振荡器11且板厚t为5mm时，若在入射角为78、80、82.5、83、85.6、87度的每一个中，汇集吸收率Ab、吸收率最大聚光直径damax、Ab/damax，则成为图10所示。 Ab/damax成为决定切断速度V的要素，因此称为切断速度规定参数。
如图5所示，在入射角θ为77.5度时，吸收率Ab成为最大，吸收率Ab 伴随着入射角θ增大而降低。然而，如图10所示，切断速度规定参数Ab/damax 的值伴随着入射角θ从87度向78度变小而变小。
若切断速度规定参数Ab/damax的值较小，则激光的功率密度较小，从而切断板材W1需要比较长的时间。若考虑吸收率Ab与切断速度规定参数 Ab/damax双方，则如图10中由粗实线包围的那样，在板厚t为5mm的情况下，优选将入射角θ形成83度左右。
另外，若在入射角为78、80、82.5、83、85.6、87度的每一个中，求得多个板厚t与吸收率最大聚光直径damax的关系，则成为图11所示。
此处，对将吸收率最大聚光直径damax形成适当的值所优选的构成进行说明。在本实施方式中，将图12所示的多面透镜27F用作聚光透镜27。多面透镜27F在凸透镜的表面(激光的入射面)形成有多个六边形形状的平面F0。另外，多面透镜27F在一个透镜面上具有多个曲线。
在图10中，为了将吸收率最大聚光直径damax形成0.38mm以下，使用通常用作聚光透镜27的标准聚光透镜。在图10中，为了将吸收率最大聚光直径damax形成0.61mm以上，优选将多面透镜27F用作聚光透镜27。
多面透镜27F为如下聚光光学元件的一个例子：在将从激光振荡器11射出的激光照射至被加工材料时，在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于单位面积内的多个位置。
优选，在从使激光的光轴的半径0.4mm的单位面积内的被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，聚光光学元件使激光聚集于单位面积内的多个位置。此时，聚光光学元件不单独地控制各个聚光点处的激光输出。因此，在各个聚光点处的光强度不产生差异。
本实施方式的激光加工机具备聚光光学元件，由此即便为板厚3mm以上的厚板，也能够进行高品位的切断。
例如，作为聚光条件1，为了使吸收率最大聚光直径damax为0.38mm，能够使用焦距f为190mm的标准聚光透镜。作为聚光条件2，为了将吸收率最大聚光直径damax形成0.61mm，能够使用焦距f为150mm的多面透镜27F。作为聚光条件3，为了使吸收率最大聚光直径damax为1.06mm，能够使用焦距f为190mm的多面透镜27F。
多面透镜27F不限定于图12所示的形状，也可以为在凸透镜的表面具有多个四边形形状的平面的构成。多面透镜27F只要在激光的入射面形成有四边形以上的多边形的多个平面即可。
形成于多面透镜27F的表面的多个平面分别形成为在平面的不同的位置聚焦。因此，多面透镜27F以使焦点涣散的方式发挥作用。
因此，若将多面透镜27F用作聚光透镜27，则与使用标准聚光透镜的情况相比，能够扩大聚光直径d。多面透镜27F优选将吸收率最大聚光直径damax 设定为适当的比较大的值。
图13表示吸收率最大聚光直径damax与切断速度规定参数Ab/damax的关系、和聚光条件1～3中的吸收率最大聚光直径damax与切断速度V的关系。切断速度V在聚光条件1中为1.2m/分，在聚光条件2中为0.6m/分，在聚光条件3中为0.4m/分。如根据图13明确的那样，切断速度V的斜度近似切断速度规定参数Ab/damax的斜度。
图14表示聚光条件1～3的每一个的吸收率最大聚光直径damax与切断面粗糙度Ra的关系、和吸收率最大聚光直径damax与切断速度V的关系。图 14示出了将DDL振荡器11D用作激光振荡器11，切断作为板材W1的板厚 5mm的不锈钢的情况。切断面粗糙度Ra也可以为切断面算术平均粗糙度。
如根据图14明确的那样，在将多面透镜27F用作聚光透镜27的聚光条件 2、3中，与将标准聚光透镜用作聚光透镜27的聚光条件1相比，切断面粗糙度Ra得到大幅度地改善。特别地，在吸收率最大聚光直径damax为0.61mm 的聚光条件2中，切断面粗糙度Ra为2μm左右，与聚光条件1相比为1/3以下。
图15示出了在将DDL振荡器11D用作激光振荡器11且将多面透镜27F 用作聚光透镜27的本实施方式的激光加工机中，将聚光直径d设为0.61mm，切断除了作为板材W1的板厚5mm的不锈钢之外还切断3mm以及4mm的不锈钢的情况下的切断面粗糙度Ra。此处，切断面粗糙度Ra也可以为切断面算术平均粗糙度。
作为比较，图15也一并示出了在使用了CO2激光振荡器与标准聚光透镜的激光加工机、和使用了光纤激光振荡器11F与标准聚光透镜的激光加工机的每一个中，切断多个板厚t的不锈钢的情况下的切断面粗糙度Ra。
此处虽未图示，但在利用使用了光纤激光振荡器11F与多面透镜27F的本实施方式的激光加工机来切断多个板厚t的不锈钢的情况下，具有与使用了 DDL振荡器11D与多面透镜27F的本实施方式的激光加工机相同的特性。
相反，在利用使用了DDL振荡器11D与标准聚光透镜的激光加工机来切断多个板厚t的不锈钢的情况下，具有与使用了光纤激光振荡器11F和标准聚光透镜的激光加工机相同的特性。
在使用了光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D、以及作为聚光透镜 27的多面透镜27F的本实施方式的激光加工机中，虽始终达不到使用了CO2激光振荡器的激光加工机，但与以往相比能够大幅度地改善切断面的品质。
根据本实施方式，即便在要求高品质的切断面的情况下，也能够使用小型且低运行成本的光纤激光振荡器11F或者DDL振荡器11D构成激光加工机。
聚光光学元件不限定于多面透镜27F。也可以将激光振荡器11与加工头 26之间的光束传递路(光束传递用光纤)分成两个以上，在该两个光纤之间设置光束耦合器。也可以将光束耦合器内的聚焦透镜用作上述的聚光光学元件。
在该情况下，聚光光学元件使从激光振荡器11射出的激光聚集于光束传递用光纤的光纤芯部的多个位置，从而使激光聚集于单位面积内的多个位置。
聚光光学元件代替多面透镜27F，可以为衍射光学元件，也可以为能够相对于光轴沿垂直方向移动自如的聚光透镜。
在聚光光学元件为衍射光学元件的情况下，例如，能够使用衍射型光学透镜(DOE(Diffractive Optical Elements)透镜)。
图16示意性地示出了DOE透镜30。如图16所示，DOE透镜30具有多个圆周状的衍射槽31。能够将DOE透镜30用作聚光透镜27或者准直透镜28。虽未图示，但也能够将弯曲反射镜25变更成光栅反射镜。
在聚光光学元件为能够相对于光轴沿垂直方向移动自如的聚光透镜的情况下，例如，能够使图2的透镜1162具有其功能。换句话说，使透镜1162相对于光轴沿垂直方向偏芯地旋转，或者，在图2的方向中使透镜1162相对于光轴沿垂直方向的上下或者前后方向移动，由此能够实现聚光光学元件的功能。
在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，若使用使激光聚集于单位面积内的多个位置的聚光光学元件，则能够将单位时间的光束能量在单位面积内大致均匀地照射。由此，即便是板厚3mm以上的厚板，也能够进行高品位的切断。
若适当地结合激光的波长、输出、能量密度、被加工材料的厚度与切断宽度、被加工材料的激光的吸收率、切断速度、入射角度、熔融的被加工材料、辅助气体的种类与压力，则通过这些的协同效应能够进一步进行高品位的切断。
在以上的说明中，作为板材W1以铁系材料(不锈钢)为例，但即便为铝、钛等也相同，根据本实施方式的激光加工机以及激光切断方法，能够与以往相比大幅度地改善切断面的品质。
本发明不限定于以上说明的本实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。代替光纤激光振荡器与DDL振荡器，也可以使用盘形激光振荡器。
工业上的利用可能性
本发明能够利用于使用波长为1μm或者比其短的波段的激光切断被加工材料的情况。

Claims (4)

1.一种激光切断方法，其特征在于，
利用激发波长为1μm波段或者比其短的波段的激光的激光振荡器射出激光，
利用一条处理光纤来传递从所述激光振荡器射出的激光，
在通过激光使被加工材料熔融时，向所述被加工材料供给辅助气体压力2.0MPa以上且3.0MPa以下的辅助气体，
当从所述处理光纤射出的激光照射至所述被加工材料时，在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的所述被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于所述单位面积内的多个位置，从而切断所述被加工材料。
2.根据权利要求1所述的激光切断方法，其特征在于，
将照射至所述被加工材料的激光的光束参数积设为23mm·mrad以上且28mm·mrad以下。
3.一种激光切断方法，其特征在于，
利用激发波长为1μm波段或者比其短的波段的激光的激光振荡器射出激光，
利用一条处理光纤来传递从所述激光振荡器射出的激光，
将照射至被加工材料的激光的光束参数积设为23mm·mrad以上且28mm·mrad以下，
当从所述处理光纤射出的激光照射至所述被加工材料时，在从使激光的光轴的半径0.5mm的单位面积内的所述被加工材料开始熔融的时刻至熔融结束的时刻的单位时间内，使激光聚集于所述单位面积内的多个位置，从而切断所述被加工材料。
4.根据权利要求1～3任一项所述的激光切断方法，其特征在于，
在使激光聚集于所述单位面积内的多个位置时，不单独地控制各个聚光点处的激光输出。
CN201680033382.5A 2015-06-10 2016-04-26 激光切断方法 Active CN107614184B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015-117126 2015-06-10
JP2015117126A JP6025917B1 (ja) 2015-06-10 2015-06-10 レーザ切断方法
PCT/JP2016/063041 WO2016199514A1 (ja) 2015-06-10 2016-04-26 レーザ加工機及びレーザ切断方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107614184A CN107614184A (zh) 2018-01-19
CN107614184B true CN107614184B (zh) 2018-12-18

Family

ID=57326595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201680033382.5A Active CN107614184B (zh) 2015-06-10 2016-04-26 激光切断方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10300558B2 (zh)
EP (1) EP3308896B1 (zh)
JP (1) JP6025917B1 (zh)
CN (1) CN107614184B (zh)
WO (1) WO2016199514A1 (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6419901B1 (ja) * 2017-06-20 2018-11-07 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機
EP3517241A1 (en) * 2018-01-29 2019-07-31 Bystronic Laser AG Optical device for shaping an electromagnetic wave beam and use thereof, beam treatment device and use thereof, and beam treatment method
JP6638032B1 (ja) 2018-07-31 2020-01-29 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機及びレーザ加工方法
JP6643444B1 (ja) * 2018-10-22 2020-02-12 株式会社アマダホールディングス レーザ加工機、加工条件の設定方法、及びレーザ加工機の制御装置
JP6800271B2 (ja) * 2019-04-26 2020-12-16 株式会社アマダ レーザ加工機及び加工条件設定方法
US20210260702A1 (en) * 2020-02-20 2021-08-26 Laser Machining Inc. LMI AB Method of laser processing hydrogen fuel cell plates
JP7257372B2 (ja) * 2020-11-20 2023-04-13 株式会社アマダ レーザ加工機

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101378875A (zh) * 2006-02-03 2009-03-04 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 利用具有至少一条基于镱的纤维的激光器的切割方法，其中至少激光源的功率、聚焦束直径和束品质因数受到控制
CN102448660A (zh) * 2009-05-25 2012-05-09 三菱电机株式会社 激光加工装置以及激光加工方法
CN102481665A (zh) * 2009-09-01 2012-05-30 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 采用具有至少5mm 的边缘厚度的ZnS 透镜的激光聚焦头和激光切割装置以及使用这样的聚焦头的方法
CN102699526A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 苏州德龙激光有限公司 利用激光切割加工对象物的方法和装置
CN103228400A (zh) * 2010-06-08 2013-07-31 通快机床两合公司 用于工件的激光材料加工的方法和设备
WO2014140112A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur wellenlängenkopplung von laserstrahlen
CN104136952A (zh) * 2011-12-09 2014-11-05 Jds尤尼弗思公司 改变激光束的光束参数积

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4037901A1 (de) * 1990-11-28 1992-06-04 Lambda Physik Gmbh Verfahren zum steuern der gesamtenergiemenge einer vielzahl von laserpulsen
JP2658809B2 (ja) * 1992-08-27 1997-09-30 三菱電機株式会社 レーザ加工装置
WO2003003903A2 (en) * 2001-07-02 2003-01-16 Palomar Medical Technologies, Inc. Laser device for medical/cosmetic procedures
JP4199820B2 (ja) * 2005-06-01 2008-12-24 フェトン株式会社 レーザー加工装置及びレーザー加工方法
DE102007037133A1 (de) * 2006-08-24 2008-03-13 Nanosystec Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung einer Mehrzahl von Material-Schwächungsbereichen oder Perforierungen
DE102008030868A1 (de) 2008-06-30 2009-12-31 Krones Ag Vorrichtung zum Beschriften von Behältnissen
CA2734492C (en) * 2008-08-20 2016-05-17 Foro Energy Inc. Method and system for advancement of a borehole using a high power laser
FR2935916B1 (fr) * 2008-09-12 2011-08-26 Air Liquide Procede et installation de coupage laser avec modification du facteur de qualite du faisceau laser
DE102008056136A1 (de) * 2008-10-29 2010-05-20 3D-Micromac Ag Lasermarkierverfahren, Lasermarkiervorrichtung und Optikelement
JP2010105037A (ja) * 2008-10-31 2010-05-13 Neturen Co Ltd 中空接合体及びその製造方法並びに接合装置
JP4820910B2 (ja) * 2010-03-29 2011-11-24 日酸Ｔａｎａｋａ株式会社 レーザ切断方法、レーザ切断用ノズル及びレーザ切断装置
WO2012053452A1 (ja) * 2010-10-19 2012-04-26 日産自動車株式会社 レーザ切断方法
WO2013058072A1 (ja) * 2011-10-20 2013-04-25 新日鐵住金株式会社 レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP2013107124A (ja) * 2011-11-24 2013-06-06 Mitsuboshi Diamond Industrial Co Ltd レーザ加工方法及びレーザ加工装置
JP5970209B2 (ja) * 2012-03-13 2016-08-17 Ｔｏｗａ株式会社 積層基板の切断方法および電子部品の製造方法
KR101680416B1 (ko) * 2013-11-01 2016-12-12 주식회사 엘지화학 레이저를 이용한 양극 커팅 장치

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101378875A (zh) * 2006-02-03 2009-03-04 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 利用具有至少一条基于镱的纤维的激光器的切割方法，其中至少激光源的功率、聚焦束直径和束品质因数受到控制
CN102448660A (zh) * 2009-05-25 2012-05-09 三菱电机株式会社 激光加工装置以及激光加工方法
CN102481665A (zh) * 2009-09-01 2012-05-30 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 采用具有至少5mm 的边缘厚度的ZnS 透镜的激光聚焦头和激光切割装置以及使用这样的聚焦头的方法
CN103228400A (zh) * 2010-06-08 2013-07-31 通快机床两合公司 用于工件的激光材料加工的方法和设备
CN104136952A (zh) * 2011-12-09 2014-11-05 Jds尤尼弗思公司 改变激光束的光束参数积
CN102699526A (zh) * 2012-06-01 2012-10-03 苏州德龙激光有限公司 利用激光切割加工对象物的方法和装置
WO2014140112A1 (de) * 2013-03-15 2014-09-18 Trumpf Laser Gmbh + Co. Kg Vorrichtung zur wellenlängenkopplung von laserstrahlen

Also Published As

Publication number Publication date
EP3308896A1 (en) 2018-04-18
US20180169792A1 (en) 2018-06-21
EP3308896A4 (en) 2018-10-24
US10300558B2 (en) 2019-05-28
JP6025917B1 (ja) 2016-11-16
WO2016199514A1 (ja) 2016-12-15
EP3308896B1 (en) 2021-03-10
CN107614184A (zh) 2018-01-19
JP2017001059A (ja) 2017-01-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107614184B (zh) 激光切断方法
JP6935484B2 (ja) 溶接方法および溶接装置
KR101167242B1 (ko) 레이저 조사 장치 및 레이저 가공방법
JP6204964B2 (ja) レーザ加工機
US10744597B1 (en) Multi-focus optics
JP6114431B1 (ja) レーザ加工機
JP2007167918A (ja) レーザ加工装置
CN103228400B (zh) 用于工件的激光材料加工的方法和设备
US10471537B2 (en) Direct diode laser processing apparatus and sheet metal processing method using the same
JP2004337902A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP3751970B2 (ja) レーザ加工装置
JP2004337903A (ja) レーザ加工装置及びレーザ加工方法
JP7445879B2 (ja) デュアル波長レーザシステム及びそのシステムを用いた材料加工
JP6637916B2 (ja) レーザ加工機
JP6043773B2 (ja) ダイレクトダイオードレーザ光による板金の加工方法及びこれを実行するダイレクトダイオードレーザ加工装置
KR101511670B1 (ko) 유리 절단 장치
JP2016078051A (ja) ダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法
JP7398649B2 (ja) レーザ加工装置およびレーザ加工方法
JP2016078043A (ja) レーザ加工機
JP6197084B2 (ja) レーザ加工機
KR20220121900A (ko) 레이저 장치
CN105458494A (zh) 单灯单棒双腔激光切割机光路系统
JP2016078049A (ja) ダイレクトダイオードレーザ加工装置及びこれを用いた板金の加工方法
JP2018180235A (ja) ビームカプラ及びレーザ加工機
JPS61132288A (ja) レ−ザ溶接装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant