CN109420840A - 在激光加工前调整焦点移位的激光加工方法 - Google Patents

在激光加工前调整焦点移位的激光加工方法 Download PDF

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Abstract

激光加工方法在激光加工前包括：基于作为在加温了外部光学系统的状态下测定且穿过小径孔后的激光的能量的第一测定值和与第一测定值有关而根据外部光学系统的污染种类预先决定的第一基准值(数据库D1)来计算焦点移动量的步骤；和基于计算出的焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。

Description

在激光加工前调整焦点移位的激光加工方法
技术领域
本发明涉及激光加工方法，尤其涉及在激光加工前根据光学系统的污染种类以及等级来调整焦点移位的激光加工方法。
背景技术
在向被加工物照射激光来进行被加工物的激光加工的激光加工装置中，由透镜将激光聚光于预定的焦点位置，并将聚光后的激光照射至被加工物。在这种激光加工装置中，对于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件表面的外部光学系统而言，若外部光学系统受到污染并吸收激光，则因所谓的热透效应而改变曲率而使焦点位置移动。并且，因污垢方式，外部光学系统的穿透率也变化。若产生焦点位置的变化以及穿透率的变化，则产生加工不良，因而需要确认外部光学系统是否受到污染。这妨碍自动运转。
为了解决这样的课题，公知有通过在外部光学系统安装温度传感器、散射光传感器来检测外部光学系统的污染的技术。在国际公开第2009/066370(A1)号手册中公开一种激光加工装置：不是外部光学系统，但能够判定激光振荡器的出射镜的涂层的劣化等。出射镜因劣化而吸收激光束，成为热负荷状态而使曲率变化，从而成为因所谓的热透效应而将平行光聚光的趋势。激光加工装置具备配置于出射镜的后方的小孔、和配置于小孔的后方的束射功率测定传感器，由此在束射功率比基准值大的情况下判定出射镜的劣化。
日本特开2016-2580号公报中公开一种激光加工装置：并非在激光加工前，而能够在加工后检测因外部光学系统的热透效应所引起的焦点偏离。若因热透效应而引起焦点偏离，则激光照射径变大，因而激光加工装置具备具有小开口的测定基准面，从而能够基于从小开口的周围放射的放射光的等级来检测焦点偏离。
发明内容
外部光学系统随时间而劣化。其结果，在聚光点处产生激光功率的损失。即使是轻度的污染，由于焦点位置也移动，因而导致激光加工的品质产生显著的劣化。在该情况下，需要迅速地更换或者清洁光学部件。然而，在产生了加工不良后进行光学部件的维护的情况下，有在自动运转时产生大量的不合格部件的问题。另一方面，在将温度传感器、散射光传感器安装于外部光学系统的方式中，有无法进行附加设置的问题。另外，并非所有的外部光学系统与能够检测污染的传感器对应，因而缩小了用户的选择自由。
除此之外，在至今的技术中，无法区分透镜的污染所引起的焦点移位的不良和窗口的污染所引起的穿透率变化的不良。期望：在仅焦点移位的情况下进行焦点位置的修正，在轻度的穿透率变化的情况下进行输出条件的变更，并在同时引起了焦点移位以及穿透率变化的情况下，通过调整双方的参数，即便是光学系统受到了污染也能够继续进行自动运转，从而能够延长光学系统的清洁或者更换的时期。
因此，需求能够在激光加工前根据外部光学系统的污染种类以及等级来调整焦点移位的技术。
本公开的一个方案提供一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，在激光加工前，包括：(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；(b)在加温外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与激光除去部不同的场所且具有小径孔；(c)在加温了外部光学系统的状态下进行射出不使板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；(d)测定在加温了外部光学系统的状态下穿过小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；(e)基于在加温了外部光学系统的状态下测定出的第一测定值和与第一测定值有关而根据上述外部光学系统的污染种类预先决定的第一基准值来计算焦点移动量的步骤；以及(f)基于计算出的焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。
本公开的其它方案提供一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，在激光加工前，包括：(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；(b)在加温外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与激光除去部不同的场所；(c)在加温了外部光学系统的状态下进行射出不使板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；(d)测定在加温了外部光学系统的状态下穿过小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；(g)进行向相比上述板的上方以及下方移动焦点位置的指令的步骤；(h)进行在使焦点位置重合于上述上方以及下方的状态下分别射出上述较低输出的激光的指令的步骤；(i)测定在使焦点位置重合于上方以及下方的状态下分别穿过小径孔后的激光的能量作为第三测定值的步骤；(j)生成包括上述第一测定值和上述第三测定值且对应于上述外部光学系统的污染种类以及等级的图表的步骤，其中，上述第一测定值是在使焦点位置重合于上述板的表面的状态下测定出的值，上述第三测定值是在使焦点位置重合于相比上述板的表面的上方以及下方的状态下分别测定出的值；(k)根据上述图表来计算焦点位置，并基于计算出的上述焦点位置与指令为重合于上述板的表面的焦点位置的差值来计算焦点移动量的步骤；以及(f)基于计算出的焦点移动量来计算激光加工时的焦点位置的步骤。
本公开的其它方案提供一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，在激光加工前，包括：(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；(b)在加温上述外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于上述小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与上述激光除去部不同的场所且具有小径孔并能够吸收激光；(c)在加温了上述外部光学系统的状态下进行射出不使上述板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；(d)测定在加温了上述外部光学系统的状态下穿过上述小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；(s)测定在加温了上述外部光学系统的状态下被上述板吸收的激光的能量作为第二测定值的步骤；(t)比较作为穿过上述小径孔后的激光的能量的上述第一测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定的第一基准值来判定外部光学系统的污染的有无的步骤；(u)比较作为被上述板吸收的激光的能量的上述第二测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定的第二基准值来判定上述外部光学系统的仅窗口的污染的步骤；(v)比较作为穿过上述小径孔后的激光的能量的上述第一测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定且比上述第一基准值低的第三基准值来判定上述外部光学系统的仅透镜的污染的步骤；(w)在上述外部光学系统的仅透镜受到了污染的情况下，基于作为被上述板吸收的激光的能量的上述第二测定值和根据上述外部光学系统的污染等级而预先决定的第四基准值以及根据上述第四基准值而预先决定的焦点移动量来计算焦点移动量的步骤；以及(f)基于计算出的上述焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。
附图说明
图1是用于说明外部光学系统的污染种类的示意图。
图2是示出对应于污染种类的焦点移动量与穿过小径孔后的激光的能量的关系的图表。
图3是示出一个实施方式的激光加工装置的简要结构的简图。
图4是示出一个实施方式的激光加工装置的结构的框图。
图5是示出一个实施方式的激光加工装置的动作的流程图。
图6是示出储存有根据外部光学系统的污染种类而预先决定的基准值的数据库的图。
图7是示出正常时的加工条件以及修正后的加工条件的图。
图8是示出一个实施方式的窗口污染的检测处理的流程图。
图9是示出其它实施方式的激光加工装置的结构的框图。
图10是示出其它实施方式的激光加工装置的动作的流程图。
图11是示出其它实施方式的激光加工装置的简要结构的简图。
图12是示出其它实施方式的激光加工装置的结构的框图。
图13是示出其它实施方式的激光加工装置的动作的流程图。
图14是示出储存有根据外部光学系统的污染种类而预先决定的基准值的数据库的图。
图15是示出储存有关于被板吸收的激光的能量而根据外部光学系统的污染等级预先决定的基准值和与基准值关联的焦点移动量的数据库的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。在各附图中，对相同或者类似的构成要素标注相同或者类似的符号。并且，以下所记载的实施方式并非对权利要求书所记载的发明的技术范围以及用语的意义进行限定。
对本说明书中的用语的定义进行说明。本说明书中的用语“透镜”是指具备具有曲率的表面的光学部件。换言之，本说明书中使用的透镜是在因污染而吸收了激光的情况下因所谓的热透效应引起的曲率的变化较大的光学部件。并且，本说明书中的用语“窗口”是指大致由平面构成的光学部件。换言之，本说明书中使用的窗口是即使在因污染而吸收了激光的情况下曲率的变化也较小的光学部件。另外，本说明书中的用语“污染”不仅指简单地堆积有尘埃的状态，还包括堆积的尘埃因激光而呈点状地烧结的状态，或者设于镜等的薄膜剥离脱落而劣化的状态等。
图1是用于说明外部光学系统的污染种类的示意图。外部光学系统具备用于将激光聚光于工件表面的透镜1、和配置于外部光学系统的最外侧的窗口2，但对此没有限定。当在使焦点位置重合于具有小径孔S的板15的表面且使激光的光轴重合于小径孔S的中心的状态下从外部光学系统射出激光的情况下，在透镜1和窗口2均未受到污染的正常时，激光不会被小径孔S的周围的板15遮挡，从而穿过小径孔S。因此，由配置于板15的下方的能量测定部16测定出的激光的能量最大。与此相对，在仅透镜1受到污染的透镜污染时，焦点位置因透镜1的热透效应而向上方(或者下方)移动，激光被小径孔S的周围的板15遮挡，因而由能量测定部16测定出的激光的能量稍微降低。另外，在仅窗口2受到污染的窗口污染时，不产生热透效应，并且焦点位置不移动，因而激光不被小径孔S的周围的板15遮挡。但是，在尘埃较薄地堆积于窗口2的表面的情况下，窗口2吸收激光，因而由能量测定部16测定出的能量降低。在尘埃呈点状地烧结于窗口2的表面的情况下，由于窗口2使激光散射，因而由能量测定部16测定出的激光的能量依然降低。除此之外，在透镜1以及窗口2双方受到污染的情况下，焦点位置因透镜1的热透效应而移动，激光被小径孔S的周围的板15遮挡，并且由窗口2吸收激光或者使激光散射，因而由能量测定部16测定出的激光的能量最小。
图2是示出对应于污染种类的焦点移动量与穿过小径孔后的激光的能量的关系的图表。如上所述，与实线所示的正常时相比，在虚线所示的透镜污染时，焦点位置移动且穿过小径孔后的激光的能量稍微降低。并且，在点划线所示的窗口污染时，焦点位置不移动，但穿过小径孔后的激光的能量降低。另外，在双点划线所示的透镜以及窗口污染时，焦点位置移动，并且穿过小径孔后的激光的能量最小。并且，若焦点位置因透镜的污染而移动，则被小径孔的周围的板吸收的激光的能量增大。本实施方式的激光加工装置利用这样的物理现象，根据对应于外部光学系统的污染种类而预先决定的基准值，或者根据对应于外部光学系统的污染种类以及等级的图表，进行透镜污染与窗口污染的区分，从而正确地调整焦点移位。
图3是示出本实施方式的激光加工装置10的简要结构的简图。激光加工装置10具备：激光振荡器11；外部光学系统12，其用于从激光振荡器11将激光进行导光并聚光于工件的表面；以及数值控制装置14，其控制激光加工装置10整体。激光加工装置10还具备：板15，其配置于加工工作台的外侧且具有例如0.5mm的小径孔S；能量测定部16，其对穿过小径孔S的激光的能量进行测定；以及激光除去部17，其配置于与板15不同的场所且能够除去激光。能量测定部16可以是测定穿过小径孔S后的激光的热量的热电偶或热电堆，或者也可以是测定穿过小径孔S后的激光的功率的功率传感器。激光除去部17可以是被铝阳极化处理后的铝板，或者也可以是向其它场所反射激光的镜等光学系统。
图4是示出本实施方式的激光加工装置10的结构的框图。激光加工装置10还具备：驱动控制部20，其用于使从外部光学系统12射出的激光的焦点位置以及光轴移动；焦点移位调整部21，其由能够由ASIC、FPGA等半导体集成电路或者计算机执行的程序构成，且在激光加工前调整焦点移位；以及存储部22，其存储各种数据。焦点移位调整部21具备：高输出指令部30，为了将外部光学系统12加温，高输出指令部30对激光振荡器11进行以激光加工所使用的程度的较高输出(例如3500W)来朝向激光除去部17射出激光的指令；第一驱动指令部31，在将外部光学系统12加温后，第一驱动指令部31对驱动控制部20进行使焦点位置重合于板15的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔S的中心的指令；以及第一低输出指令部32，在加温了外部光学系统12的状态下，第一低输出指令部32对激光振荡器11进行以不使板15熔融或者变形的程度的较低输出(例如50W)来射出激光的指令。焦点移位调整部21还具备焦点移动量计算部33，该焦点移动量计算部33基于第一测定值和第一基准值(例如正常时为50W，窗口污染时为40W，透镜污染时为35W，透镜以及窗口污染时为30W)来计算焦点移动量，其中，第一测定值是在加温了外部光学系统12的状态下由能量测定部16测定出的，第一基准值与第一测定值有关而根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的值。
图6是示出储存有根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的基准值的数据库D1的图。数据库D1包括由正常时(无污染)、窗口污染时、透镜污染时、透镜以及窗口污染时构成的第一基准值。第一基准值可以是电压值、温度、功率等中的任一个能量。对于焦点移动量计算部33而言，例如在加温了外部光学系统12的状态下测定出的第一测定值为36W的情况下，第一测定值最接近透镜污染时的第一基准值(35W)，因而应用图2中说明的透镜污染时的图表来计算焦点位置(例如2mm)，通过将计算出的焦点位置(例如2mm)与指令为重合于板15的表面的焦点位置(例如1mm)进行差分运算来计算焦点移动量(例如+1mm)。再次参照图4，焦点移位调整部21还具备基于计算出的焦点移动量(例如+1mm)来修正激光加工时的焦点位置的焦点位置修正部34。对于焦点位置修正部34而言，例如在激光加工时的焦点位置为1mm的情况下，减少焦点移动量+1mm的量，将激光加工时的焦点位置修正至0mm。
图7是示出正常时的加工条件以及修正后的加工条件(1)～(3)的图。这些加工条件储存于图4所示的存储部22，但对此未图示。加工条件(1)示出由上述的焦点位置修正部34将激光加工时的焦点位置从1mm修正至0mm的情况。加工条件(2)示出输出条件从3000W调整至3500W的情况，对此在下文中进行说明。加工条件(3)示出焦点位置以及输出条件调整至0mm以及3500W的情况，对此在下文中进行说明。
再次参照图4，焦点移位调整部21还具备修正量判定部35，但这并不是必需的结构，修正量判定部35在修正了焦点位置后，通过再次重复进行从加温外部光学系统12的处理至修正焦点位置的处理，来判定修正量是否正确。通过进行这样的重复处理，修正量无限地接近0，因而能够判定修正量是否正确。焦点移位调整部21还具备输出条件调整部36，但这并不是必需的结构，输出条件调整部36在即使进行了这样的重复处理，修正量也不接近0的情况下，提高激光加工时的输出条件。在即使进行这样的重复处理，修正量也不接近0的情况下，不仅透镜受到污染，窗口也受到污染的可能性较高。因此，通过输出条件调整部36提高激光加工时的输出条件，来使修正量接近0。如上所述，图7示出将焦点位置从1mm修正至0mm、并且将激光加工时的输出条件从3000W修正至3500W后的加工条件(3)。
再次参照图4，焦点移位调整部21还具有判定仅窗口2的污染的结构，但这并不是必需的结构。具体而言，焦点移位调整部21具备：第二驱动指令部37，在加温外部光学系统12前，该第二驱动指令部37对驱动控制部20进行使焦点位置重合于具有小径孔S的板15的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔S的中心的指令；第二低输出指令部38，在加温外部光学系统12前，第二低输出指令部38对激光振荡器11进行以不使板15熔融或者变形的程度的较低输出(例如50W)来射出激光的指令；以及窗口污染判定部39，其基于在未加温外部光学系统12的状态下测定出的第二测定值和根据外部光学系统的污染种类而预先决定的第二基准值来判定外部光学系统12的窗口2的污染。焦点移位调整部21也可以还具备警告部23，其在判定出外部光学系统12的窗口2污染的情况下进行警告。警告部23可以是警告灯，或者也可以是在操作盘上显示警告的监视器。以上说明的第一测定值、第一基准值、修正量、输出条件、第二测定值、以及第二基准值储存于存储部22。
图5是示出本实施方式的激光加工装置10的动作的流程图。以下，参照图4以及图5对焦点移位的调整处理进行说明。焦点移位调整部21在激光加工前开始焦点移位的调整。在步骤S10中，为了加温外部光学系统12，高输出指令部30对激光振荡器11进行以激光加工所使用的程度的较高输出(例如3500W)来朝向激光除去部17射出激光的指令。在步骤S11中，在加温外部光学系统12后，第一驱动指令部31对驱动控制部20进行使焦点位置重合于板15的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔S的中心的指令。在步骤S12中，在加温了外部光学系统12的状态下，第一低输出指令部32对激光振荡器11进行以不使板15熔融或者变形的程度的较低输出(例如50W)来射出激光的指令。在步骤S13中，在加温了外部光学系统12的状态下，能量测定部16测定穿过小径孔S后的激光的能量作为第一测定值(例如36W)。在步骤S14中，存储部22储存第一测定值。在步骤S15中，焦点移动量计算部33基于在加温了外部光学系统12的状态下由能量测定部16测定出的第一测定值(例如36W)和与第一测定值有关而根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的第一基准值(例如正常时为50W，窗口污染时为40W，透镜污染时为35W，透镜以及窗口污染时为30W)来计算焦点移动量(例如+1mm)。在步骤S16中，焦点位置修正部34基于计算出的焦点移动量(例如+1mm)来对激光加工时的焦点位置(例如1mm)进行修正(例如修正至0mm)。步骤S17以及步骤S18并不是必需的步骤，但修正量判定部35通过再次重复进行从加温外部光学系统的步骤S10至修正焦点位置的步骤S16的处理，来判定修正量是否正确(即修正量是否接近0)。在修正量超过允许值α(α是接近0的值。例如为0.1)的情况下(步骤S17的否)，由于修正量依然未接近0，因而再次重复进行从加温外部光学系统的步骤S10至修正焦点位置的步骤S16。在这样的重复处理在第二次之后的情况下，由于不仅透镜受到污染，窗口也有可能受到污染，因而在步骤S18中，输出条件调整部36也可以提高输出条件(例如从50W调整至55W)。此时，输出条件调整部36以大致相同的比率提高激光加工时的输出条件(例如从3000W调整至3500W)。在步骤S17中，在修正量为允许值α(例如0.1)以下的情况下(步骤S17的是)，由于修正量正确，因而在步骤S19中，激光加工装置10开始激光加工。根据这样的激光加工装置10在激光加工前能够根据外部光学系统12的污染种类以及等级来自动地调整焦点移位。进而，即使外部光学系统12受到了污染，也能够继续进行自动运转，能够延长外部光学系统12的清洁或者更换的时期。
图8是示出本实施方式的窗口污染的检测处理的流程图。参照图4以及图8对窗口污染的检测处理进行说明。窗口污染的检测处理是在因透镜1的污染而发生热透效应且焦点位置不移动地加温外部光学系统12前进行的。因此，在窗口污染的检测处理之后，返回图5的步骤S10，进行透镜污染的检测处理。由此，更正确地进行窗口污染与透镜污染的区分或者切分。在步骤S20中，在加温外部光学系统12前，第二驱动指令部37对驱动控制部20进行使焦点位置重合于具有小径孔S的板15的表面的指令以及使激光的光轴重合于小径孔S的中心的指令。在步骤S21中，在加温外部光学系统12前，第二低输出指令部38对激光振荡器11进行以不使板15熔融或者变形的程度的较低输出(例如50W)来射出激光的指令。在步骤S22中，能量测定部16测定在未加温外部光学系统的状态下穿过小径孔S后的激光的能量作为第二测定值。在步骤S23中，存储部22储存第二测定值。在步骤S24中，窗口污染判定部39开始窗口2的污染判定。在步骤S25中，窗口污染判定部39比较在未加温外部光学系统的状态下测定出的第二测定值(例如43W)与根据外部光学系统的污染种类而预先决定的第二基准值(例如40W)，在第二测定值比第二基准值小的情况下(步骤S25的是)，在没有因热透效应而引起的焦点位置的变化的状态下，穿过小径孔S后的激光的能量变小，因而判定为窗口2受到污染。因此，在步骤S26中，警告部23警告窗口2的污染，促使操作人员进行窗口2的清洁。在能够除去了窗口2的污垢的情况下，返回步骤S20，再次重复进行检测窗口污染的处理。在无法除去窗口2的污垢的情况下，操作人员更换窗口2。此外，在步骤S26中，也可以构成为：警告部23警告窗口2的污染，还可以不促使窗口的维护，而是输出条件调整部36提高输出条件(例如从50W调整至55W)，返回步骤S20，再次继续进行窗口污染的检测处理。此时，输出条件调整部36以大致相同的比率提高激光加工时的输出条件(例如从3000W调整至3500W)。上述的图7示出仅将激光加工时的输出条件从3000W修正至3500W修正后的加工条件(2)。根据这样的激光加工装置10，更正确地进行窗口污染与透镜污染的区分或者切分，因而能够更正确地调整透镜污染所引起的焦点移位。
图9是示出其它实施方式的激光加工装置40的简要结构的简图。与图4中说明的激光加工装置10的结构不同点在于激光加工装置40具有如下的结构：不仅测定使焦点位置重合于板15的表面并穿过小径孔S后的激光的能量作为第一测定值，还测定多个使焦点位置重合于相比板15的表面的上方以及下方并穿过小径孔S后的激光的能量作为第三测定值，生成包括第一测定值和第三测定值且对应于外部光学系统的污染种类以及等级的图表，从而根据图表来计算焦点移动量。以下，对与激光加工装置10不同的结构进行说明。激光加工装置40具备焦点移位调整部41，该焦点移位调整部41由能够由ASIC、FPGA等半导体集成电路或者计算机执行的程序构成且在激光加工前调整焦点移位。焦点移位调整部41具备：第三驱动指令部50，其进行向相比板15的表面的上方以及下方移动焦点位置的指令；第三低输出指令部51，其进行在使焦点位置重合于上方以及下方的状态下射出多个不使板15熔融或者变重合形的程度的较低输出(例如50W)的激光的指令；图表生成部52，其生产包括在使焦点位置重合于板15的表面的状态下测定出的第一测定值和在使焦点位置重合于上方以及下方的状态下测定出的多个第三测定值且对应于外部光学系统的污染种类以及等级的图表；以及焦点移动量计算部53，其根据图表来计算焦点位置，并基于计算出的焦点位置与指令为重合于板15的表面的焦点位置的差值来重合计算焦点移动量。在存储部22储存多个第三测定值以及图表。其它结构与激光加工装置10相同。
图10是示出其它实施方式的激光加工装置40的动作的流程图。以下，参照图9以及图10对焦点移位的调整处理进行说明。焦点移位调整部41在激光加工前开始焦点移位的调整处理。步骤S30至步骤S34的处理与在图5中说明的焦点移位调整部21的步骤S10至步骤S14的处理相同。在步骤S35中，在加温了外部光学系统12的状态下，第三驱动指令部50进行向相比板15的表面的上方以及下方移动焦点位置的指令。在步骤S36中，第三低输出指令部51进行在使焦点位置重合于上方以及下方的状态下射出多个不使板15熔融或者变形的程度的较低输出(例如50W)的激光的指令。在步骤S37中，能量测定部16测定多个在使焦点位置重合于上方以及下方的状态下穿过小径孔S后的激光的能量作为第三测定值。在步骤S38中，存储部22储存多个第三测定值。在步骤S39中，图表生成部52生成包括在使焦点位置重合于板15的表面的状态下测定出的第一测定值和在使焦点位置重合于相比板15的表面的上方以及下方的状态下测定出的第三测定值且对应于外部光学系统的污染种类以及等级的图表。在步骤S40中，焦点移动量计算部53根据图表来计算焦点位置，并基于计算出的焦点位置与指令为重合于板15的表面的焦点位置的差值来计算焦点移动量。步骤S41至步骤S44的处理与在图5中说明的步骤S16至步骤S19的处理相同。根据这种激光加工装置40，能够基于图表来更正确地计算焦点位置，因而能够更正确地调整焦点移位。进而，即使外部光学系统12受到了污染，也能够继续自动运转，能够延长外部光学系统12的清洁或者更换的时期。
图11是示出其它实施方式的激光加工装置60的简要结构的简图。激光加工装置60与在图4以及图9中说明的激光加工装置10、40的结构不同点在于，具备：测定穿过小径孔S后的激光的能量作为第一测定值的第一能量测定部16；和在板15的下表面中配置在小径孔S的周围且测定被板15吸收的激光的能量作为第二测定值的第二能量测定部13，并且基于第一测定值和第二测定值来详细地进行窗口污染与透镜污染的区分。第二能量测定部13可以是测定被板15吸收的激光的热量的热电偶或热电堆，或者也可以是测定被板15吸收的激光的功率的功率传感器。虽未图示，但激光加工装置60也可以还具备遮蔽部，其配设于板15与第一能量测定部16之间且遮蔽朝向板15的反射光或者放射热。以下，对与激光加工装置10、40不同的结构进行说明。
图12是示出其它实施方式的激光加工装置60的结构的框图。激光加工装置60具备焦点移位调整部61，该焦点移位调整部61由能够由ASIC、FPGA等半导体集成电路或者计算机执行的程序构成且在激光加工前调整焦点移位。焦点移位调整部61还具备污染判定部70，该污染判定部70比较作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的第一基准值(例如45W)来判定外部光学系统的污染的有无。焦点移位调整部61还具备：窗口污染判定部71，其比较作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的第二基准值(例如5W)来判定外部光学系统的仅窗口2的污染；和输出条件调整部72，其在窗口2的污染较小的情况下提高输出条件。焦点移位调整部61还具备：透镜污染判定部73，其比较作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定且比第一基准值低的第三基准值(例如42W)，来判定外部光学系统12的仅透镜1的污染；以及焦点移动量计算部74，在判定为仅透镜1受到污染的情况下，焦点移动量计算部74基于作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值、根据外部光学系统12的污染等级而预先决定的第四基准值(例如1W～8W)、以及根据第四基准值而预先决定的焦点移动量(例如0.3mm～12mm)来计算焦点移动量。焦点移位调整部61还具备窗口吸收散射判定部75，该窗口吸收散射判定部75比较作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定且比第二基准值(例如5W)高的第五基准值(例如7W)来判定窗口2的污染所引起的激光的吸收或者散射。在存储部22储存第一测定值、第二测定值、第一基准值至第五基准值。
图14是示出储存有根据外部光学系统的污染种类而预先决定的基准值的数据库D2的图。数据库D2与穿过小径孔S后的激光的能量有关而具有用于判定外部光学系统的污染的有无的第一基准值(例如45W)和用于判定仅透镜1的污染的第三基准值(例如42W)。并且，数据库D2与被板15吸收的激光的能量有关而具有用于判定仅窗口2的污染的第二基准值(例如5W)和用于判定窗口2的污染所引起的激光的吸收或者散射的第五基准值(例如7W)。
图15是示出储存有与被板吸收的激光的能量有关而预先决定的基准值、和与基准值关联的焦点移动量的数据库D3的图。数据库D3具有根据外部光学系统12的污染等级而预先决定的第四基准值(例如1W～8W)和根据第四基准值而预先决定的焦点移动量(例如0.3mm～12mm)。
图13是示出其它实施方式的激光加工装置60的动作的流程图。以下，参照图12以及图13对焦点移位的调整处理进行说明。焦点移位调整部61在激光加工前开始焦点移位的调整。步骤S40至步骤S42的处理与在图5中说明的焦点移位调整部21的步骤S10至步骤S12的处理相同。在步骤S43中，第一能量测定部16测定穿过小径孔S后的激光的能量作为第一测定值。在步骤S44中，存储部22储存第一测定值(M1)。在步骤S45中，第二能量测定部13测定被板15吸收的激光的能量作为第二测定值。在步骤S46中，存储部22储存第二测定值(M2)。
在步骤S47中，污染判定部70比较作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的第一基准值(例如45W)来判定外部光学系统的污染的有无。在步骤S47中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)为第一基准值(例如45W)以上的情况下(步骤S47的否)，判定为没有外部光学系统的污染，在步骤S52中，激光加工装置60不修改焦点位置地开始激光加工。在步骤S47中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)比第一基准值(例如45W)小的情况下(步骤S47的是)，判定为有外部光学系统的污染，进入步骤S48。
在步骤S48中，窗口污染判定部71比较作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定的第二基准值(例如5W)来判定外部光学系统的仅窗口2的污染。在步骤S48中，在作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)为第二基准值(例如5W)以下的情况下(步骤S48的是)，判定为仅窗口2受到污染，进入步骤S49。在步骤S49中，未图示的窗口污染大小判定部比较作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定且比第一基准值低的第三基准值(例如42W)，来判定外部光学系统的窗口2的污染的大小。此外，应注意窗口污染大小判定部不是必需的结构。在步骤S49中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)比第三基准值(例如42W)小的情况下(步骤S49的是)，判定为窗口的污染较大，在步骤S50中，警告部23警告窗口的更换。在步骤S49中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)为第三基准值(例如42W)以上的情况下(步骤S49的否)，判定为窗口的污染较小，在步骤S51中，输出条件调整部72提高激光加工时的输出条件。接着在步骤S52中，激光加工装置60以调整后的输出条件开始激光加工。
在步骤S48中，在作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)比第二基准值(例如5W)大的情况下(步骤S48的否)，判定为透镜1受到污染，进入步骤S53。在步骤S53中，透镜污染判定部73比较作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定且比第一基准值低的第三基准值(例如42W)，来判定外部光学系统12的仅透镜1的污染。在步骤S53中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)为第三基准值(例如42W)以上的情况下(步骤S53的是)，判定为仅透镜1受到污染，进入调整焦点位置的步骤S54。在步骤S54中，焦点移动量计算部74基于作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)、根据外部光学系统12的污染等级而预先决定的第四基准值(例如1W～8W)、以及根据第四基准值而预先决定的焦点移动量(例如0.3mm～12mm)来计算焦点移动量(例如+1mm)，并且焦点位置修正部34基于计算出的焦点移动量(例如+1mm)来对激光加工时的焦点位置(例如1mm)进行修正(例如修正至0mm)。接下来，再次返回到加温外部光学系统12的步骤S40，焦点移位调整部61再次重复进行焦点移位的调整处理。由此，若修正量正确，则在步骤S47中，判定为没有外部光学系统12的污染(步骤S47的否)，激光加工装置60基于修正后的焦点位置来开始激光加工。
在步骤S53中，在作为穿过小径孔S后的激光的能量的第一测定值(M1)比第三基准值(例如42W)小的情况下(步骤S53的否)，进入步骤S55。在步骤S55中，窗口吸收散射判定部75比较作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)和根据外部光学系统12的污染种类而预先决定且比第二基准值高的第五基准值(例如7W)，来判定窗口2的污染所引起的激光的吸收或者散射。在步骤S55中，在作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)为第五基准值(例如7W)以上的情况下(步骤S55的否)，判定为激光因窗口2的污染而散射，在步骤S56中，警告部23警告透镜1的污染以及窗口2所引起的散射。对于窗口2所引起的散射而言，由于尘埃在窗口2烧结的可能性较高，所以使操作人员确认窗口2，若有污垢，则促使更换窗口2，若无污垢，则促使确认透镜1。在步骤S55中，在作为被板15吸收的激光的能量的第二测定值(M2)比第五基准值(例如7W)小的情况下(步骤S55的是)，判定为激光因窗口2的污染而被吸收，在步骤S57中，警告部23警告透镜1的污染以及窗口2所引起的吸收。对于窗口2所引起的吸收而言，由于尘埃堆积于窗口2的表面的可能性较高，所以使操作人员确认窗口2，若有污垢，则促使窗口2的清洁，若无污垢，则促使确认透镜1。在窗口2的更换或者清洁以及透镜1的确认结束后，焦点移位调整部61再次在激光加工前开始焦点移位的调整。根据这样的激光加工装置60，能够在激光加工前，根据外部光学系统12的污染种类以及等级来自动地调整焦点移位。进而，即使外部光学系统12受到了污染，也能够继续进行自动运转，能够延长外部光学系统12的清洁或者更换的时期。
上述的实施方式的计算机所能够执行的程序能够以记录于计算机可读取的非临时记录介质、CD-ROM等的方式来提供。在本说明书中对各种实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的各种实施方式，应该认识到在权利要求书所记载的范围内能够进行各种变更。

Claims (6)

1.一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，其特征在于，
在激光加工前，包括：
(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；
(b)在加温上述外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于上述小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与上述激光除去部不同的场所且具有小径孔；
(c)在加温了上述外部光学系统的状态下进行射出不使上述板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；
(d)测定在加温了上述外部光学系统的状态下穿过上述小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；
(e)基于在加温了上述外部光学系统的状态下测定出的上述第一测定值和与上述第一测定值有关而根据上述外部光学系统的污染种类预先决定的第一基准值来计算焦点移动量的步骤；以及
(f)基于计算出的上述焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。
2.一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，其特征在于，
在激光加工前，包括：
(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；
(b)在加温上述外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于上述小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与上述激光除去部不同的场所且具有小径孔；
(c)在加温了上述外部光学系统的状态下进行射出不使上述板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；
(d)测定在加温了上述外部光学系统的状态下穿过上述小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；
(g)进行向相比上述板的上方以及下方移动焦点位置的指令的步骤；
(h)进行在使焦点位置重合于上述上方以及下方的状态下分别射出上述较低输出的激光的指令的步骤；
(i)测定在使焦点位置重合于上述上方以及下方的状态下分别穿过上述小径孔后的激光的能量作为第三测定值的步骤；
(j)生成包括上述第一测定值和上述第三测定值且对应于上述外部光学系统的污染种类以及等级的图表的步骤，其中，上述第一测定值是在使焦点位置重合于上述板的表面的状态下测定出的值，上述第三测定值是在使焦点位置重合于相比上述板的表面的上方以及下方的状态下分别测定出的值；
(k)根据上述图表来计算焦点位置，并基于计算出的上述焦点位置与指令为重合于上述板的表面的焦点位置的差值来计算焦点移动量的步骤；以及(f)基于计算出的上述焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的激光加工方法，其特征在于，还包括：
(m)在加温上述外部光学系统前，进行使焦点位置重合于具有上述小径孔的板的表面的指令以及使激光的光轴重合于上述小径孔的中心的指令的步骤；
(n)在加温上述外部光学系统前，进行以不使上述板熔融或者变形的程度的较低输出来射出激光的指令的步骤；
(o)测定在未加温上述外部光学系统的状态下穿过上述小径孔后的激光的能量作为第二测定值的步骤；以及
(p)基于在未加温上述外部光学系统的状态下测定出的上述第二测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定的第二基准值来判定上述外部光学系统的窗口的污染的步骤。
4.根据权利要求1～3任一项中所述的激光加工方法，其特征在于，还包括：
(q)在修正焦点位置后，通过再次重复进行加温上述外部光学系统的步骤至修正上述焦点位置的步骤，来判定修正量是否正确的步骤。
5.根据权利要求4所述的激光加工方法，其特征在于，还包括：
(r)即使重复在上述修正量也不正确的情况下，提高激光加工时的输出条件的步骤。
6.一种激光加工方法，是测定光学系统的污染所引起的焦点移动量来修正焦点位置之后，在对工件进行激光加工的激光加工装置中执行的激光加工方法，其特征在于，
在激光加工前，包括：
(a)为了加温外部光学系统而进行以激光加工时所使用的程度的较高输出来朝向能够除去激光的激光除去部射出激光的指令的步骤，其中，上述外部光学系统用于从激光振荡器将激光进行导光并聚光于工件的表面；
(b)在加温上述外部光学系统后，进行使焦点位置重合于板的表面的指令以及使激光的光轴重合于上述小径孔的中心的指令的步骤，其中，上述板配置于与上述激光除去部不同的场所且具有小径孔并能够吸收激光；
(c)在加温了上述外部光学系统的状态下进行射出不使上述板熔融或者变形的程度的较低输出的激光的指令的步骤；
(d)测定在加温了上述外部光学系统的状态下穿过上述小径孔后的激光的能量作为第一测定值的步骤；
(s)测定在加温了上述外部光学系统的状态下被上述板吸收的激光的能量作为第二测定值的步骤；
(t)比较作为穿过上述小径孔后的激光的能量的上述第一测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定的第一基准值来判定外部光学系统的污染的有无的步骤；
(u)比较作为被上述板吸收的激光的能量的上述第二测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定的第二基准值来判定上述外部光学系统的仅窗口的污染的步骤；
(v)比较作为穿过上述小径孔后的激光的能量的上述第一测定值和根据上述外部光学系统的污染种类而预先决定且比上述第一基准值低的第三基准值来判定上述外部光学系统的仅透镜的污染的步骤；
(w)在上述外部光学系统的仅透镜受到了污染的情况下，基于作为被上述板吸收的激光的能量的上述第二测定值和根据上述外部光学系统的污染等级而预先决定的第四基准值以及根据上述第四基准值而预先决定的焦点移动量来计算焦点移动量的步骤；以及
(f)基于计算出的上述焦点移动量来修正激光加工时的焦点位置的步骤。
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