CN109500491B - 激光加工装置 - Google Patents

Abstract

激光加工装置具备在激光加工中根据返回光的能量调整因外部光学系统的污染引起的焦点位移的焦点位移调整部，焦点位移调整部具有：第一焦点移动量计算部，根据第一测定值和第二测定值的比较计算焦点移动量，第一测定值是对在第一期间内由返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，第二测定值是对在与第一期间相比在时间上靠后的第二期间内由返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值；以及焦点位置修正部，其根据计算出的焦点移动量修正激光加工中的焦点位置，第一期间是外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对焦点位置进行修正之后的期间，第二期间是外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

Description

激光加工装置

技术领域

本发明涉及激光加工装置，尤其涉及在激光加工中根据光学系统的污染程度调整焦点位移的激光加工装置。

背景技术

一种对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，其通过透镜使激光聚光于预定的焦点位置，并对被加工物照射聚光后的激光。在这样的激光加工装置中，若从激光振荡器导出激光并使激光聚光于工件表面的外部光学系统被污染从而吸收激光，则由于所谓的热透镜效应，从而变化曲率变化，使焦点位置移动。另外，根据被污染对象，外部光学系统的透过率也会变化。一旦发生了焦点位置的变化以及透过率的变化，则会发生加工不良，因此需要对外部光学系统是否被污染进行确认。该情况成为自动运转的妨碍。

为了解决这样的课题，公知的是通过在外部光学系统上安装温度传感器、散射光传感器来检测外部光学系统的污染。另外，在日本特开2014-117730号公报中，公开了如下的激光加工装置：不是在激光加工中，而是在激光加工前，作为预加工，在不同的焦点位置多次执行预定的加工，并根据不同的焦点位置(Fp)和与不同的焦点位置分别对应的返回光发生期间(T)的关系，将带来返回光发生期间的最小值(Tm)的焦点位置设定为本加工的焦点位置。记载了根据该激光加工装置，不使用独立的大型装置即可高精度地稳定地进行投射到工件的激光的焦点位置的设定。

在日本特开2015-199113号公报中，公开了一种用于实施穿孔加工的激光加工装置，该激光加工装置对光束直径可变光学系统进行控制，使得激光束的聚光点的聚光直径伴随着穿孔加工的进展而变小。并记载了根据这样的激光加工装置，能够针对进行加工的材质、厚度，在激光加工中选择最适合的光束强度的穿孔加工条件。

发明内容

外部光学系统随着时间而劣化。其结果，会在聚光点发生激光功率的损失。即使是轻度的污染，由于焦点位置移动，也会导致激光加工质量的明显劣化。在该情况下，必须迅速更换光学部件或者进行清洁。但是，若在发生加工不良之后进行光学部件的维护，则存在自动运转时产生大量不良部件的问题。另一方面，若采用在外部光学系统上安装温度传感器、散射光传感器的方式，由于需要附加设备，因此装置变得复杂，且由于外部光学系统变重从而给机械性能带来影响，另外还存在不能追加的问题。进而，由于没有使所有的外部光学系统对应于能检测污染的传感器，所以有时候也会在发生加工不良之后判断出光学系统的污染。

而且，就检测返回光的方式而言，存在依赖于实际进行的激光加工的种类、工件的材质、以及工件的表面状态，而不能稳定地检测返回光的问题。例如，在进行激光焊接的系统中，由于在焊接时(清洁、标记时)使工件表面熔融，所以工件的表面状态不稳定，在返回光中载入许多噪声。另一方面，在进行激光切断的系统中，虽然在开孔加工时能够检测返回光，但在切断加工时，由于激光会贯通工件，所以不能检测返回光。特别地，在薄板的激光切断中使用的飞切中，由于不存在轴停下来的开孔加工时，而总是一边使轴移动一边仅通过激光射出的开启/关闭来进行激光切断，所以不能稳定地检测返回光。

因此，需要一种在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移的技术。

本发明的一实施方式提供一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，上述激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学系统，其用于对来自激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；返回光测定部，其用于测定由工件反射而返回激光加工装置内的返回光的能量；以及焦点位移调整部，其在激光加工中根据返回光的能量对因外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，焦点位移调整部具有：第一焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正，第一期间是外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对焦点位置进行修正之后的期间，第二期间是外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

本发明的其它实施方式提供一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，上述激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学系统，其用于对来自激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；返回光测定部，其用于测定由工件反射而返回激光加工装置内的返回光的能量；以及焦点位移调整部，其在激光加工中根据返回光的能量对因外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，焦点位移调整部具有：第一焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是在第一开孔加工时由返回光测定部测定到的值，该第二测定值是在第二开孔加工时由返回光测定部测定到的值，该第二开孔加工时与第一开孔加工时相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正，第一开孔加工时是外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的时间点或者是对焦点位置进行修正之后的时间点，第二开孔加工时是外部光学系统已被加热的经过一定时间后的时间点。

本发明的又一其它实施方式提供一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，上述激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学系统，其用于对来自激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；返回光测定部，其用于测定由工件反射而返回激光加工装置内的返回光的能量；以及焦点位移调整部，其在激光加工中根据返回光的能量，对因外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，焦点位移调整部具有：输出指令部，其对激光振荡器进行使激光按照预先规定的输出射出的指令或者使激光不射出的指令，焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内从不射出的指令变换为射出的指令时由返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内从不射出的指令变化为射出的指令时由返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正，第一期间是外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对焦点位置进行修正之后的期间，第二期间是外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间

本发明的再一其它实施方式提供一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，上述激光加工装置具备：激光振荡器；外部光学系统，其用于对来自激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；返回光测定部，其用于测定由工件反射而返回激光加工装置内的返回光的能量；以及焦点位移调整部，其在激光加工中根据返回光的能量对因外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，焦点位移调整部具有：变化量计算部，其用于计算由返回光测定部测定到的返回光的能量的每单位时间的变化量；焦点移动量计算部，其根据对第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由变化量计算部计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时的由返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由变化量计算部计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正，第一期间是外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对焦点位置进行修正之后的期间，第二期间是外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

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是表示与污染的种类对应的焦点移动量和返回光的能量的关系的图表。

图3是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置的概略结构的概略图。

图4A是关于在进行了n次(n是1以上的整数)激光焊接的情况下的返回光的能量和时间的图表。

图4B是关于在第1000次激光焊接中调整焦点位移之后的返回光的能量和时间的图表。

图5是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图6是表示一个实施方式所涉及的激光加工装置的动作的流程图。

图7是表示正常时的加工条件以及修正后的加工条件的图。

图8是表示其它实施方式所涉及的激光加工装置的概略结构的概略图。

图9是关于在进行了n次伴随着开孔加工的激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表。

图10是表示其它实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图11是表示其它实施方式所涉及的激光加工装置的动作的流程图。

图12是表示其他实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图13是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的概略结构的概略图。

图14是关于在进行了n次激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表，该激光切断为重复执行使激光射出的指令及不使激光射出的指令的激光切断。

图15是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图16是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的动作的流程图。

图17是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的概略结构的概略图。

图18是关于在进行了n次激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表。

图19是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的结构的框图。

图20是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置的动作的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图，对本发明的实施方式详细地进行说明。在各图中，对相同或类似的构成要素赋予相同或类似的符号。另外，以下记载的实施方式并不用于对权利要求书中记载的发明的技术范围以及用语的意义进行限定。

关于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由污染吸收了激光的情况下，由所谓热透镜效应引起的曲率的变化较大的光学部件。另外，本说明书中的用语“窗”是指由大致平面构成的光学部件。换言之，本说明书中使用的窗是即使在由污染吸收了激光的情况下，曲率的变化也较小的光学部件。进而，本说明书中的用语“污染”不只是尘埃堆积的状态，还包括堆积的尘埃因激光点点烧焦的状态、或者设置在镜子等上的薄膜剥落而劣化的状态等。

图1是用于说明外部光学系统的污染种类的示意图。就外部光学系统而言，虽然没有限定，但其具备用于将来自激光振荡器的激光聚光于工件表面的透镜1和配置在外部光学系统的最外侧的窗2。使焦点位置对准相对于激光的光轴垂直地配置且对激光具有一定的反射率(例如98％)的铜制的平滑的反射板3的表面，以不使反射板3熔融或变形的低程度的输出(例如10W)使激光L从外部光学系统射出，该情况下，在透镜1和窗2都没有被污染的正常时，在用于测定由反射板3反射而返回激光加工装置内的返回光R的能量的返回光测定部4中，观测到98％的能量(例如9.8W)。另外，在图1中，为了容易理解，在激光的光轴的右侧描绘出射出的激光L，而在光轴的左侧描绘出由反射板3反射而返回的返回光R。在只有窗2被污染的窗污染时，由于激光L被窗2吸收或散射，所以由返回光测定部4测定到的返回光的能量降低。另外，在只有透镜1被污染的透镜污染时，由于焦点位置因透镜1的热透镜效应而向上方(或下方)移动，所以由返回光测定部4测定到的返回光R的能量降低。进而，虽然并未图示，但在透镜1和窗2两者都被污染的情况下，由返回光测定部4测定到的返回光R的能量为最小。

图2是表示与污染的种类对应的焦点移动量和返回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，且能量降低。另外，在点划线所示的窗污染时，焦点位置没有移动，但能量降低。进而，在双点划线所示的透镜及窗污染时，焦点位置移动，并且能量为最小。但是，在使焦点位置对准比反射板3的表面更靠上方或下方来射出激光的情况下，由于有时候焦点位置以接近反射板3的表面的方式移动，因此还希望留意候返回光的能量会上升的情况。而且，在外部光学系统被激光加工中使用的高程度输出的激光加热的状态下，发生热透镜效应，焦点位置移动，但在激光加工开始之后的外部光学系统没有被加热的状态下，即使透镜被污染，也不会发生热透镜效应，焦点位置不会移动。本实施方式所涉及的激光加工装置利用这样的物理现象，在激光加工中根据外部光学系统的污染程度来调整焦点位移。

图3是表示本实施方式所涉及的激光加工装置10的概略结构的概略图。激光加工装置10面向能够持续地检测返回光的进行激光加工的系统、例如进行激光焊接的系统，激光加工装置10具备激光振荡器11、用于将来自激光振荡器11的激光导光并使激光聚光于工件的表面的外部光学系统12、以及对激光加工装置10的整体进行控制的数值控制装置13。激光振荡器11例如是波长为1060～1080nm的光纤激光振荡器。激光加工装置10还具备返回光测定部4，返回光测定部4测定由工件W反射而返回激光加工装置10内的返回光的能量。作为返回光测定部4，能够使用配置在激光振荡器11的内部的已有的功率传感器。由此，激光加工装置10不需要追加的传感器。代替地，返回光测定部4也可以是配置在加工头的内部的功率传感器。

图4A是关于在进行了n次(n是1以上的整数)激光焊接的情况下的返回光的能量和时间的图表。如图4A所示，在进行激光焊接的系统中，由于在焊接时(清洁、标记时)使工件表面熔融，所以工件的表面状态不稳定，在返回光中载入许多噪声。另外，在激光射出开始不久的第一次激光焊接中，由于外部光学系统12没有被加热，所以即使透镜1被污染，也不会发生因热透镜效应引起的焦点位移，返回光的能量没有大变化。对称地，在激光射出开始后经过一定时间后的第1000次激光焊接中，由于外部光学系统12被加热，所以在透镜1被污染的情况下，会发生因热透镜效应引起的焦点位移，且返回光的能量经时性地降低。但是，在使焦点位置对准比工件的表面更靠上方或下方而射出激光的情况下，由于有时候焦点位置以接近工件的表面的方式移动，因此还想要留意返回光的能量会经时性地上升的情况。

图4B是关于在第1000次激光焊接中调整焦点位移之后的返回光的能量和时间的图表。为了边考虑返回光的噪声边调整焦点位移，如图4B所示，优选基于第一测定值和第二测定值的比较，来调整焦点位移，该第一测定值是对在第一期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后。进而，优选反复进行这样的焦点位移的调整处理，由于对在第一期间内测定到的多个测定值进行平均化而得到的第一测定值被作为基准值使用，所以第一期间必须是外部光学系统12没有被加热的激光射出开始不久后的期间(例如1秒以内)，或者是对焦点位置进行修正之后的期间。若第一期间是对焦点位置进行修正之后的期间，则可得到与外部光学系统12没有被加热时为同等水平的第一测定值(基准值)。第二期间是外部光学系统12已被加热的经过一定时间后的期间。第一期间和第二期间可以是间歇的，也可以是连续的，或者也可以是交叠的。

图5是表示本实施方式所涉及的激光加工装置10的结构的框图。激光加工装置10进一步具备：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及光轴移动；焦点位移调整部21，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路、处理器或能够由计算机执行的程序构成，并且在激光加工中，根据返回光的能量，对因外部光学系统12的污染而引起的焦点位移进行调整；以及存储部22，其用于存储各种数据。焦点位移调整部21还具备：驱动指令部30，其对驱动控制部20进行指令，该指令使针对工件W的激光的焦点位置对准预先规定的位置；以及输出指令部31，其对激光振荡器11进行指令，该指令使激光按照预先规定的输出(例如3000W)射出。焦点位移调整部21还具备：第一焦点移动量计算部32，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，第二测定值是对在第二期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部33，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正。焦点位移调整部21还可以具备：修正量判定部34，其反复进行焦点位置的修正，且判定修正量是否正确；以及激光功率修正部35，其在修正量不正确的情况下，根据第一测定值和第二测定值的比较，对激光功率进行修正。

图6是表示本实施方式所涉及的激光加工装置10的动作的流程图。以下，参照图5以及图6，说明在激光加工中根据返回光的能量来调整因外部光学系统的污染而引起的焦点位移的处理。若焦点位移调整部21在激光加工中开始调整焦点位移，则在步骤S10中，驱动指令部30对驱动控制部20进行指令，该指令使焦点位置对准预先规定的位置，并且输出指令部31对激光振荡器11进行指令，该指令使激光按照预先规定的输出射出，从而对工件W进行激光焊接。在步骤S11中，第一焦点移动量计算部32对在第一期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化(第一测定值)。在步骤S12中，存储部22保存第一测定值。在步骤S13中，第一焦点移动量计算部32对在与第一期间相比在时间上靠后的第二期间内由返回光测定部4测定到的多个测定值进行平均化(第二测定值)。在步骤S14中，存储部22保存第二测定值。在步骤S15中，第一焦点移动量计算部32对第一测定值和第二测定值进行比较，计算焦点移动量(例如+1mm)。在步骤S16中，焦点位置修正部33对激光加工中的焦点位置进行修正(例如从1mm修正为0mm)。在步骤S17中，修正量判定部34通过对修正量和余量α进行比较来判定修正量是否正确。当在步骤S17中修正量(例如-1mm)超过余量α(例如±0.85)时，返回步骤S10，并再次重复焦点位移的调整。当在步骤S17中修正量(例如-0.9mm)依然超过余量α(例如±0.85)时，不只存在因透镜1的污染而引起的焦点位移，还可能由窗2的污染导致返回光的能量降低，因此在步骤S18中，激光功率修正部35基于第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正(例如将3000W修正为3500W)。当在步骤S17中修正量(例如-0.3mm)为余量α(例如±0.85)以下时，在步骤S19中，激光加工装置10根据修正后的焦点位置以及修正后的激光功率继续进行激光加工。优选如上述那样反复进行焦点位移的调整处理。根据这样的激光加工装置10，能够在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移。进而，由于不会出现大量加工不良而能继续进行自动运转，因此能够延长外部光学系统的维护周期。

图7是表示正常时的加工条件以及修正后的加工条件(1)～(3)的图。就这些加工条件而言，虽然没有图示但其全部保存在图4所示的存储部22中。加工条件(1)表示将激光加工时的焦点位置从1mm修正为0mm的情况。加工条件(2)表示将激光功率从3000W修正为3500W的情况。加工条件(3)表示分别将焦点位置和激光功率修正为0mm和3500W的情况。

图8是表示其它实施方式所涉及的激光加工装置40的概略结构的概略图。激光加工装置40面向进行伴随着开孔加工的激光切断的系统，在这一点上激光加工装置40与图5的激光加工装置10不同。激光加工装置40例如重复进行n次激光加工(n为1以上的整数)，该激光加工为在对工件W进行开孔加工而形成孔H之后将工件W切断成期望的形状的激光加工。

图9是关于在进行了n次伴随着开孔加工的激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表。如图9所示，虽然在开孔加工时能够检测返回光，但在切断加工时，由于激光会贯通工件，所以不能检测返回光。在图8所示的外部光学系统12被污染的情况下，反复进行激光切断，从而发生因热透镜效应而产生的焦点位移，且返回光的能量经时性地降低。但是，在使焦点位置对准比工件的表面更靠上方或下方而射出激光的情况下，有时候焦点位置以接近工件的表面的方式移动，因此有时候希望留意返回光的能量会经时性地上升这一情况。为了边考虑能检测返回光的时机边调整焦点位移，优选根据第一测定值和第二测定值的比较来调整焦点位移，该第一测定值是在第一开孔加工时由返回光测定部4测定到的值，该第二测定值是在第二开孔加工时由返回光测定部4测定到的值，该第二开孔加工时与第一开孔加工时相比在时间上靠后。进而，优选反复进行这样的焦点位移的调整处理，由于将在第一开孔加工时测定到的第一测定值作为基准值使用，所以第一开孔加工时必须是外部光学系统12没有被加热的激光射出开始不久的时间点(例如1秒后)或者是对焦点位置进行修正之后的时间点。若第一开孔加工时是对焦点位置进行修正之后的时间点，则可得到与外部光学系统12没有被加热时的同等水平的第一测定值(基准值)。第二开孔加工时是外部光学系统12已被加热的经过一定时间后的时间点(例如n＝100000)。

图10是表示激光加工装置40的结构的框图。激光加工装置40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及光轴移动；焦点位移调整部41，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路、处理器或能够由计算机执行的程序构成，并且在激光加工中根据返回光的能量对外因部光学系统12的污染而引起的焦点位移进行调整；以及存储部22，其用于存储各种数据。焦点位移调整部41还具备：驱动指令部30，其对驱动控制部20进行使针对工件W的激光的焦点位置对准预先规定的位置的指令；以及输出指令部31，其对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出(例如3000W)射出的指令。焦点位移调整部41还具备：第二焦点移动量计算部42，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是在第一开孔加工时由返回光测定部4测定到的值，该第二测定值是在第二开孔加工时由返回光测定部4测定到的值，该第二开孔加工时与第一开孔加工时相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部33，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正。第二焦点移动量计算部42也可以根据用于识别所执行的激光加工的种类的识别信息，对开孔加工时和开孔加工以外的加工时(例如切断时)进行区分。识别信息被存储在存储部22中，例如能够使用数值控制装置13中使用的G代码。由此，能够容易地区分开孔加工时的返回光的能量的峰值。焦点位移调整部41还可以具备：修正量判定部34，其反复进行焦点位置的修正，判定修正量是否正确；以及激光功率修正部35，其在修正量为不正确的情况下，根据第一测定值和第二测定值的比较来对激光功率进行修正。

图11是表示激光加工装置40的动作的流程图。以下，参照图10以及图11，对在激光加工中根据返回光的能量来调整因外部光学系统的污染而引起的焦点位移的处理进行说明。当焦点位移调整部41在激光加工中开始调整焦点位移时，在步骤S20中，驱动指令部30对驱动控制部20进行使焦点位置对准预先规定的位置的指令，并且输出指令部31对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出射出的指令，对工件W进行激光切断。在步骤S21中，第二焦点移动量计算部42取得在第一开孔加工时由返回光测定部4测定到的第一测定值。在步骤S22中，存储部22保存第一测定值。在步骤S23中，第二焦点移动量计算部42取得在与第一开孔加工时相比在时间上靠后的第二开孔加工时由返回光测定部4测定到的第二测定值。在步骤S24中，存储部22保存第二测定值。在步骤S25中，第二焦点移动量计算部42对第一测定值和第二测定值进行比较，计算焦点移动量(例如+1mm)。在步骤S26中，焦点位置修正部33对激光加工中的焦点位置进行修正(例如从1mm修正为0mm)。在步骤S27中，修正量判定部34通过将修正量和余量α进行比较来判定修正量是否正确。当在步骤S27中修正量(例如-1mm)超过余量α(例如±0.85)时，返回步骤S20，并再次重复焦点位移的调整。当在步骤S27中修正量(例如-0.9mm)依然超过余量α(例如±0.85)时，不只是透镜1的污染，还可能因窗2的污染也导致返回光的能量降低，因此在步骤S28中，激光功率修正部35基于第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正(例如将3000W修正为3500W)。当在步骤S27中修正量(例如-0.3mm)为余量α(例如±0.85)以下时，在步骤S29中，激光加工装置40根据修正后的焦点位置以及修正后的激光功率继续进行激光加工。焦点位移的调整处理优选如上述那样反复进行。根据这样的激光加工装置40，能够在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移。进而，由于不会出现大量加工不良而能继续进行自动运转，因此能够延长外部光学系统的维护周期。

图12是表示其他的实施方式所涉及的激光加工装置50的结构的框图。焦点位移调整部51具有第一焦点移动量计算部32和第二焦点移动量计算部42两者以及切换部52，切换部52根据用于识别被执行的激光加工的种类的识别信息来切换第一焦点移动量计算部32和第二焦点移动量计算部42，焦点位移调整部51在这一点上与上述的激光加工装置10、40不同。识别信息被存储在存储部22中，例如能够使用可数值控制装置13中使用的G代码。由此，能够对返回光中载入了噪声的激光加工(例如激光焊接)和能间歇地检测返回光的激光加工(例如伴随着开孔加工的激光切断)进行区分。在识别信息表示在返回光中载入了噪声的激光加工的情况下，切换部52切换为第一焦点移动量计算部32，而在识别信息表示能够间歇地检测返回光的激光加工的情况下，切换部52切换为第二焦点移动量计算部42。根据这样的激光加工装置50，能够不依赖于激光加工的种类而在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移。进而，由于不会出现大量加工不良而能继续进行自动运转，因此能够延长外部光学系统的维护周期。

图13是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置60的概略结构的概略图。激光加工装置60面向进行不伴随开孔加工的使用了飞切的激光切断的系统，在这一点上激光加工装置60与图8的激光加工装置40不同。激光加工装置60例如重复进行n次一边使轴相对于工件W移动一边将工件W切断成期望的形状的激光加工(n为1以上的整数)。

图14是关于在进行了n次激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表，该激光切断为重复执行使激光射出的指令(激光开启)及不使激光射出的指令(激光关闭)的激光切断。如图14所示，虽然能够在从激光关闭变化为激光开启时检测返回光，但在变化为激光开启之后经过了一定时间时(例如2毫秒后)，由于激光会贯通工件，所以不能检测返回光。在图13所示的外部光学系统12被污染的情况下，反复进行激光切断，从而发生因热透镜效应而引起的焦点位移，且返回光的能量经时性地降低。但是，在使焦点位置对准比工件的表面更靠上方或下方而射出激光的情况下，有时候焦点位置以接近工件的表面的方式移动，因此还想要留意返回光的能量会经时性地上升的情况。为了一边考虑能够检测返回光的时机来调整焦点位移，优选根据第一测定值和第二测定值的比较来调整焦点位移，该第一测定值是对在第一期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后。进而，这样的焦点位移的调整处理优选反复进行，由于对在第一期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的第一测定值作为基准值使用，所以第一期间必须是外部光学系统12没有被加热的激光射出开始不久后的期间(例如1秒以内)或者是对焦点位置进行修正之后的期间。若第一期间是对焦点位置进行修正之后的期间，则可得到与外部光学系统12没有被加热时为同等水平的第一测定值(基准值)。第二期间是外部光学系统12已被加热的经过一定时间后的期间(例如n＝100000～100003)。

图15是表示激光加工装置60的结构的框图。激光加工装置60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及光轴移动；焦点位移调整部61，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路、处理器或能够由计算机执行的程序构成，并且在激光加工中根据返回光的能量对因外部光学系统12的污染而引起的焦点位移进行调整；以及存储部22，其用于存储各种数据。焦点位移调整部61还具备：驱动指令部30，其对驱动控制部20进行使针对工件W的激光的焦点位置移动至预先规定的焦点位置的指令；以及输出指令部62，其对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出(例如3000W)射出的指令(激光开启)或者使激光不射出的指令(激光关闭)。焦点位移调整部61还具备：第三焦点移动量计算部63，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部33，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正。即，第三焦点移动量计算部63根据来自输出指令部62的激光开启和激光关闭来判别返回光的能量的峰值。关于激光开启/关闭的信息可以被存储在存储部22中。由此，能够容易地区分返回光的能量的峰值。焦点位移调整部61还可以具备：修正量判定部34，其反复进行焦点位置的修正，判定修正量是否正确；以及激光功率修正部35，其在修正量不正确的情况下，根据第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正。

图16是表示激光加工装置60的动作的流程图。以下，参照图15以及图16，对在激光加工中根据返回光的能量来调整因外部光学系统的污染而引起的焦点位移的处理进行说明。当焦点位移调整部61在激光加工中开始调整焦点位移时，在步骤S30中，驱动指令部30对驱动控制部20进行使焦点位置对准预先规定的位置的指令，并且输出指令部62对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出射出的指令(激光开启)或者使激光不射出的指令(激光关闭)，对工件W进行激光切断。在步骤S31中，第三焦点移动量计算部63取得第一测定值，该第一测定值是对在第一期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值。在步骤S32中，存储部22保存第一测定值。在步骤S33中，第三焦点移动量计算部63取得第二测定值，该第二测定值是对在第二期间内从激光关闭变化为激光开启时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后。在步骤S34中，存储部22保存第二测定值。在步骤S35中，第三焦点移动量计算部63对第一测定值和第二测定值进行比较，计算焦点移动量(例如+1mm)。在步骤S36中，焦点位置修正部33对激光加工中的焦点位置进行修正(例如从1mm修正为0mm)。在步骤S37中，修正量判定部34通过对修正量和余量α进行比较来判定修正量是否正确。当在步骤S37中修正量(例如-1mm)超过余量α(例如±0.85)时，返回步骤S30，并再次重复焦点位移的调整。当在步骤S37中修正量(例如-0.9mm)依然超过余量α(例如±0.85)时，不只透镜1的污染，还可能窗2的污染导致返回光的能量降低，因此在步骤S38中，激光功率修正部35基于第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正(例如将3000W修正为3500W)。当在步骤S37中修正量(例如-0.3mm)在余量α(例如±0.85)以下时，在步骤S39中，激光加工装置60根据修正后的焦点位置以及修正后的激光功率继续进行激光加工。焦点位移的调整处理优选如上述那样反复进行。根据这样的激光加工装置60，能够在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移。进而，由于不会出现大量加工不良而能继续进行自动运转，因此能够延长外部光学系统的维护周期。

图17是表示又一其它实施方式所涉及的激光加工装置70的概略结构的概略图。激光加工装置70与图13的激光加工装置60相同地，面向进行不伴随开孔加工的使用了飞切的激光切断的系统。激光加工装置70例如重复进行n次激光加工(n为1以上的整数)，该激光加工为一边使轴相对于工件W移动一边将工件W切断成期望的形状的激光加工。

图18是关于在进行了n次激光切断的情况下(n为1以上的整数)的返回光的能量和时间的图表。如图18所示，虽然在返回光的能量的每单位时间的变化量α(即图表的斜率)为一定值(例如±1.73)以上时，能够检测返回光，但在返回光的能量的每单位时间的变化量α(即图表的斜率)为0时，由于激光会贯通工件，所以不能检测返回光。在图18所示的外部光学系统12被污染的情况下，反复进行激光切断，从而发生由热透镜效应引起的焦点位移，且返回光的能量经时性地降低。但是，在使焦点位置对准比工件的表面更靠上方或下方而射出激光的情况下，有时候焦点位置以接近工件的表面的方式移动，因此也希望留意返回光的能量会经时性地上升的情况。为了一边考虑能够检测返回光的时机而一边调整焦点位移，优选根据第一测定值和第二测定值的比较来调整焦点位移，该第一测定值是对在第一期间内返回光的能量的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内返回光的能量的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后。并且，这样的焦点位移的调整处理优选反复进行，由于对在第一期间内每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的第一测定值作为基准值使用，所以第一期间必须是外部光学系统12没有被加热的激光射出开始不久后的期间(例如1秒以内)或者是对焦点位置进行修正之后的期间。若第一期间是对焦点位置进行修正之后的期间，则可得到与外部光学系统12没有被加热时为同等水平的第一测定值(基准值)。第二期间是外部光学系统12已被加热的经过一定时间后的期间(例如n＝100000～100003)。

图19是表示激光加工装置70的结构的框图。激光加工装置70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及光轴移动；焦点位移调整部71，其由ASIC、FPGA等半导体集成电路、处理器或能够由计算机执行的程序构成，并且在激光加工中根据返回光的能量对因外部光学系统12的污染而引起的焦点位移进行调整；以及存储部22，其用于存储各种数据。焦点位移调整部71进一步具备：驱动指令部30，其对驱动控制部20进行使针对工件W的激光的焦点位置移动至预先规定的焦点位置的指令；以及输出指令部31，其对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出(例如3000W)射出的指令。焦点位移调整部71还具备：变化量计算部72，其用于计算由返回光测定部4测定到的返回光的能量的每单位时间的变化量；第四焦点移动量计算部73，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由变化量计算部72计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由变化量计算部72计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后；以及焦点位置修正部33，其根据计算出的焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正。即，第四焦点移动量计算部73根据来自变化量计算部72的每单位时间的变化量来判别返回光的能量的峰值。关于变化量的信息可以被存储在存储部22中。由此，能够容易地区分返回光的能量的峰值。焦点位移调整部71还可以具备：修正量判定部34，其反复进行焦点位置的修正，判定修正量是否正确；以及激光功率修正部35，其在修正量不正确的情况下，根据第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正。

图20是表示激光加工装置70的动作的流程图。以下，参照图19以及图20，对在激光加工中根据返回光的能量来调整因外部光学系统的污染而引起的焦点位移的处理进行说明。当焦点位移调整部71在激光加工中开始调整焦点位移时，在步骤S40中，驱动指令部30对驱动控制部20进行使焦点位置对准预先规定的位置的指令，并且输出指令部31对激光振荡器11进行使激光按照预先规定的输出射出的指令，对工件W进行激光切断。在步骤S41中，变化量计算部72计算出返回光的能量的每单位时间的变化量。在步骤S42中，第四焦点移动量计算部73取得第一测定值，该第一测定值是对在第一期间内由变化量计算部72计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值。在步骤S43中，存储部22保存第一测定值。在步骤S44中，第四焦点移动量计算部73取得第二测定值，该第二测定值是对在第二期间内由变化量计算部72计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时由返回光测定部4测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与第一期间相比在时间上靠后。在步骤S45中，存储部22保存第二测定值。在步骤S46中，第四焦点移动量计算部73对第一测定值和第二测定值进行比较，计算焦点移动量(例如+1mm)。在步骤S47中，焦点位置修正部33对激光加工中的焦点位置进行修正(例如从1mm修正为0mm)。在步骤S48中，修正量判定部34通过对修正量和余量α进行比较来判定修正量是否正确。当在步骤S48中修正量(例如-1mm)超过余量α(例如±0.85)时，返回步骤S40，并再次重复焦点位移的调整。当在步骤S48中修正量(例如-0.9mm)依然超过余量α(例如±0.85)时，不只透镜1的污染，还可能因窗2的污染导致返回光的能量降低，因此在步骤S49中，激光功率修正部35基于第一测定值和第二测定值的比较对激光功率进行修正(例如将3000W修正为3500W)。当在步骤S48中修正量(例如-0.3mm)为余量α(例如±0.85)以下时，在步骤S50中，激光加工装置70根据修正后的焦点位置以及修正后的激光功率继续进行激光加工。焦点位移的调整处理优选如上述那样反复进行。根据这样的激光加工装置70，能够在激光加工中一边稳定地检测返回光，一边根据外部光学系统的污染程度自动调整焦点位移。进而，由于不会出现大量加工不良而能继续进行自动运转，因此能够延长外部光学系统的维护周期。

上述实施方式中的可由计算机执行的程序可通过记录于计算机可读取的非暂时性记录介质、CD-ROM等中来提供。虽然在本说明书中关于各种实施方式进行了说明，但本发明并不限定为上述的各种实施方式，在以下的权利要求所记载的范围内可进行各种变更，希望这一情况能够被认识到。

Claims (9)

1.一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工装置具备：

激光振荡器；

外部光学系统，其用于对来自上述激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；

返回光测定部，其用于测定由上述工件反射而返回上述激光加工装置内的返回光的能量；以及

焦点位移调整部，其在激光加工中根据用于激光加工的程度的高输出的激光的上述返回光的能量对因上述外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，

上述焦点位移调整部具有：

第一焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由上述返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由上述返回光测定部测定到的多个测定值进行平均化而得到的值，该第二期间与上述第一期间相比在时间上靠后；以及

焦点位置修正部，其根据计算出的上述焦点移动量对激光加工中的焦点位置进行修正，

上述第一期间是上述外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对上述焦点位置进行修正之后的期间，上述第二期间是上述外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，

上述焦点位移调整部还具有第二焦点移动量计算部，该第二焦点移动量计算部根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是在第一开孔加工时由上述返回光测定部测定到的值，该第二测定值是在第二开孔加工时由上述返回光测定部测定到的值，该第二开孔加工时与上述第一开孔加工时相比在时间上靠后，

上述第一开孔加工时是上述外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的时间点或者是对上述焦点位置进行修正之后的时间点，上述第二开孔加工时是上述外部光学系统已被加热的经过一定时间后的时间点。

3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述第一焦点移动量计算部或者上述第二焦点移动量计算部根据用于识别所执行的激光加工的种类的识别信息，对开孔加工时和上述开孔加工以外的加工时进行区分。

4.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，

上述焦点位移调整部还具有切换部，该切换部根据用于识别被执行的激光加工的种类的识别信息来切换上述第一焦点移动量计算部和上述第二焦点移动量计算部。

5.一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工装置具备：

激光振荡器；

外部光学系统，其用于对来自上述激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；

返回光测定部，其用于测定由上述工件反射而返回上述激光加工装置内的返回光的能量；以及

焦点位移调整部，其在开孔加工中根据用于开孔加工的程度的高输出的激光的上述返回光的能量对因上述外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，

上述焦点位移调整部具有：

第一焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是在第一开孔加工时由上述返回光测定部测定到的值，该第二测定值是在第二开孔加工时由上述返回光测定部测定到的值，该第二开孔加工时与上述第一开孔加工时相比在时间上靠后；以及

焦点位置修正部，其根据计算出的上述焦点移动量对开孔加工中的焦点位置进行修正，

上述第一开孔加工时是上述外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的时间点或者是对上述焦点位置进行修正之后的时间点，上述第二开孔加工时是上述外部光学系统已被加热的经过一定时间后的时间点。

6.根据权利要求5所述的激光加工装置，其特征在于，

上述第一焦点移动量计算部或者第二焦点移动量计算部根据用于识别所执行的激光加工的种类的识别信息，对开孔加工时和上述开孔加工以外的加工时进行区分。

7.一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工装置具备：

激光振荡器；

外部光学系统，其用于对来自上述激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；

返回光测定部，其用于测定由上述工件反射而返回上述激光加工装置内的返回光的能量；以及

焦点位移调整部，其在激光切断中根据用于激光切断的程度的高输出的激光的上述返回光的能量，对因上述外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，

上述焦点位移调整部具有：

输出指令部，其对上述激光振荡器进行以预先规定的输出来射出激光的指令或者不射出激光的指令，

焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内从上述不射出的指令变化为上述射出的指令时由上述返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内从上述不射出的指令变化为上述射出的指令时由上述返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与上述第一期间相比在时间上靠后；以及

焦点位置修正部，其根据计算出的上述焦点移动量，对激光切断中的焦点位置进行修正，

上述第一期间是上述外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对上述焦点位置进行修正之后的期间，上述第二期间是上述外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

8.一种激光加工装置，其是一边修正因光学系统的污染而引起的焦点位移一边对工件进行激光加工的激光加工装置，其特征在于，

上述激光加工装置具备：

激光振荡器；

外部光学系统，其用于对来自上述激光振荡器的激光进行导光，从而聚光于工件的表面；

返回光测定部，其用于测定由上述工件反射而返回上述激光加工装置内的返回光的能量；以及

焦点位移调整部，其在激光切断中根据用于激光切断的程度的高输出的激光的上述返回光的能量对因上述外部光学系统的污染而引起的焦点位移进行调整，

上述焦点位移调整部具有：

变化量计算部，其用于计算由上述返回光测定部测定到的返回光的能量的每单位时间的变化量；

焦点移动量计算部，其根据第一测定值和第二测定值的比较来计算焦点移动量，该第一测定值是对在第一期间内由上述变化量计算部计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时的由上述返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二测定值是对在第二期间内由上述变化量计算部计算出的每单位时间的变化量为一定值以上时的由上述返回光测定部测定到的峰值进行平均化而得到的值，该第二期间与上述第一期间相比在时间上靠后；以及

焦点位置修正部，其根据计算出的上述焦点移动量对激光切断中的焦点位置进行修正，

上述第一期间是上述外部光学系统没有被加热的激光射出开始不久后的期间或者是对上述焦点位置进行修正之后的期间，上述第二期间是上述外部光学系统已被加热的经过一定时间后的期间。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的激光加工装置，其特征在于，

上述焦点位移调整部还具有激光功率修正部，该激光功率修正部在即使反复进行上述焦点位移的修正而修正量仍然不正确的情况下，根据上述第一测定值和上述第二测定值的比较对激光功率进行修正。

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