CN110181170B - 激光加工装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光加工装置，在出射光轴旋转时使施加工件与光学部件进行相对移动来照射激光的加工装置中能够以良好的加工速度和能够进行激光照射的加工条件来进行激光加工。激光加工装置具备：加工头，其具有能够使激光反射或透过且能够绕旋转轴旋转的光学部件以及对激光进行聚光的聚光光学系统；移动机构，其能够使加工头与被加工物进行相对移动；以及控制部，其控制光学部件的旋转，使得对被加工物射出激光时的出射光轴所到达的照射预定位置呈曲线状或直线状地移动，控制利用移动机构进行的移动，使得加工头与被加工物进行相对移动，控制激光光源的出射输出，使得基于光学部件的旋转角度来变更激光的出射条件。

Description

激光加工装置
技术领域
本发明涉及一种对被加工物照射激光来对被加工物进行加工的激光加工装置。
背景技术
以往以来，已知一种使钻头等的光学部件以固定的速度旋转并使激光偏转地照射于被加工物(以下也称作“工件”。)来对工件进行加工的激光加工装置。还已知一种通过使该激光加工装置的作为激光照射装置的加工头与工件进行相对移动来以在工件上绘制摆线等轨迹的方式射出激光的装置。
例如，在专利文献1中公开了一种一边使加工头相对于工件进行相对移动一边向工件照射激光来对工件进行加工的技术。与此相对地，在专利文献2中公开了一种在使工件相对于加工头进行相对移动的同时对工件照射激光来对工件进行加工的技术。
具体地说，在专利文献1公开的技术中，具有第一棱镜和第二棱镜的加工头一边通过使第一棱镜和第二棱镜旋转来使激光旋转，一边在工件上直进，由此利用激光对工件进行加工。
另外，在专利文献2公开的技术中，加工头具有一组棱镜，一边通过使一组棱镜旋转来使激光转动，一边对直进的板材进行加工。
专利文献1：日本专利第6071641号公报
专利文献2：日本特开2000-141070号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，激光的扫描速度不固定，因此当激光的出射光轴旋转时还使光学部件相对于工件进行相对移动时，对被加工物照射激光的照射结果变得不均匀。
通过利用加工头内的光学部件的旋转进行的激光的转动运动和使加工头与工件进行相对移动的运动，工件上的被照射激光的点绘制出摆线等轨迹。此时，激光在工件上的照射点的扫描速度变得不固定。例如，在照射固定输出的激光的情况下，照射点的轨迹的每单位长度的热输入量发生变化，因此激光加工的结果变得不均匀。
对此，即使进行根据激光的扫描速度来变更激光的强弱的功率控制，使激光以高速进行扫描的高速部和使激光以低速进行扫描的低速部的照射结果有时也会不成为期望的激光加工的结果。这是因为，即使工件的每单位长度的热输入相同，材料的传热也需要花费某种程度的时间，因此其结果是不会成为相同的加工现象。
因此，本发明的目的在于提供如下一种激光加工装置：在如上述那样在激光的出射光轴旋转时还使光学部件相对于工件进行相对移动来照射激光的加工装置中，能够通过良好的加工速度和能够进行激光照射的加工条件来进行激光加工。
用于解决问题的方案
(1)本发明涉及一种激光加工装置(例如后述的激光加工装置100)，其具备：加工头(例如后述的加工头12)，其具有射出激光的激光光源(例如后述的激光光源30)、能够使激光(例如后述的激光LL)反射或透过并且能够绕旋转轴(例如后述的旋转轴W1、W2、W3)旋转的光学部件(例如后述的第一镜24a、第二镜24b、镜24c)以及对激光进行聚光的聚光光学系统(例如后述的第三透镜23)；移动机构(例如后述的移动机构50)，其能够使所述加工头与利用所述激光进行加工的被加工物(例如后述的工件60)进行相对移动；以及控制部(例如后述的控制部70)，其控制所述光学部件的旋转，使得对所述被加工物射出激光时的出射光轴所到达的照射预定位置呈曲线状或直线状地移动，所述控制部控制利用所述移动机构进行的移动，使得所述加工头与所述被加工物进行相对移动，所述控制部控制所述激光光源的出射输出，使得基于所述光学部件的旋转角度来变更所述激光的出射条件。
(2)在(1)的激光加工装置中，也可以是，关于所述激光的出射条件，在所述光学部件的所述旋转角度处于规定的旋转角度的范围内的情况下，将所述激光光源的出射输出设定为第一输出值，在所述光学部件的所述旋转角度处于所述规定的旋转角度的范围外的情况下，将所述激光光源的出射输出设定为比所述第一输出值小的第二输出值或设定为截止。
(3)在(2)的激光加工装置中，也可以是，所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动方向(例如后述的相对移动方向X1)来变更所述旋转角度的范围。
(4)在(1)～(3)中的任一激光加工装置中，也可以是，所述控制部控制所述激光光源的出射输出，使得基于将使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动速度与使所述出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度合成所得到的合成速度的绝对值来变更所述激光的出射条件。
(5)在(1)～(4)中的任一激光加工装置中，也可以是，所述光学部件有多个，所述控制部进行控制，使得多个所述光学部件在保持彼此的相位的同时以相同的转速向相同的方向旋转。
(6)在(1)～(4)中的任一激光加工装置中，也可以是，所述光学部件有多个，所述控制部进行控制，使得多个所述光学部件以相同的转速向彼此相反的方向旋转。
(7)在(6)的激光加工装置中，也可以是，所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动方向和使所述出射光轴进行直线往复运动的方向来变更向相反的方向旋转的多个所述光学部件的相位。
(8)在(1)～(5)的任一激光加工装置中，也可以是，所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动速度和使所述出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度来改变所述光学部件的转速。
(9)在(1)～(8)的任一激光加工装置中，也可以是，所述控制部进行控制，使得通过输入向被加工物照射所述激光的宽度来变更所述激光进行曲线运动或直线往复运动的振幅的大小。
发明的效果
根据本发明，能够提供一种能够通过良好的加工速度和能够进行激光照射的加工条件来进行激光加工的激光加工装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的激光加工装置的结构的立体图。
图2A是表示本发明的实施方式的激光加工装置所具有的加工头的结构的概要图。
图2B是与本发明的实施方式的激光加工装置所具有的控制部有关的控制框图。
图3A是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的轨迹L1的概要图。
图3B是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的轨迹L2的概要图。
图3C是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的轨迹L3的概要图。
图4A是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的照射强度的概要图。
图4B是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的照射强度的概要图。
图4C是表示本发明的实施方式的激光加工装置的激光的照射强度的概要图。
图5A是表示本发明的实施方式的激光加工装置所具有的第一镜和第二镜的旋转角度的变化与激光输出的定时之间的关系的曲线图。
图5B是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的激光照射点的实际移动速度的概念图。
图5C是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的激光照射点的实际移动速度的概念图。
图5D是表示本发明的实施方式所涉及的激光加工装置的激光光源以第一输出值输出激光时的功率控制的曲线图。
图6A是表示加工头的相对移动方向与激光的照射范围之间的关系的概要图。
图6B是表示加工头的相对移动方向与激光的照射范围之间的关系的概要图。
图6C是表示加工头的相对移动方向与激光的照射范围之间的关系的概要图。
图6D是表示加工头的相对移动方向与激光的照射范围之间的关系的概要图。
图7A是表示本发明的变形例2所涉及的激光加工装置的加工头的相对移动方向与激光的出射光轴的直线往复运动的方向之间的关系的概要图。
图7B是表示本发明的变形例3所涉及的激光加工装置的加工头的相对移动方向与激光的出射光轴的直线往复运动的方向之间的关系的概要图。
图7C是表示本发明的变形例3所涉及的激光加工装置的加工头的相对移动方向与激光的出射光轴的直线往复运动的方向之间的关系的概要图。
图8A是表示基于本发明的变形例5所涉及的激光加工装置的激光加工宽度的概要图。
图8B是表示基于本发明的变形例5所涉及的激光加工装置的激光加工宽度的概要图。
图9A是表示在本发明的变形例5所涉及的激光加工装置中输入激光加工宽度时的激光照射点的切向速度与时间的关系的曲线图。
图9B是表示在本发明的变形例5所涉及的激光加工装置中输入激光加工宽度时的激光照射点的切向速度与时间之间的关系的曲线图。
图10A是表示本发明的其它变形例所涉及的激光加工装置的局部结构的概要立体图。
图10B是表示本发明的其它变形例所涉及的激光加工装置的局部结构的概要图。
图10C是表示本发明的其它变形例所涉及的激光加工装置的局部结构的概要图。
附图标记说明
12：加工头；21：第一透镜；22：第二透镜；23：第三透镜(聚光光学系统)；24a：第一镜(光学部件)；24b：第二镜(光学部件)；25a：第一马达；25b：第二马达；30：激光光源；50：移动机构；52：X轴方向引导件；53：Y轴方向引导件；60：工件(被加工物)；70：控制部；100：激光加工装置；L1、L2、L3：轨迹；LL：激光；R1：旋转扫描方向；W1、W2、W3：旋转轴；X1：相对移动方向。
具体实施方式
〔激光加工装置100的整体结构〕
图1是表示一般的激光加工装置100的结构的立体图。激光加工装置100为向作为被加工物的工件60照射激光LL来对工件60进行加工的装置，该激光加工装置100具备加工台51、移动机构50以及加工头12。加工台51为用于载置工件60的台。工件60被固定在该加工台51上。
一般的激光加工装置中的移动机构50具备X轴方向引导件52、Y轴方向引导件53以及图1中未图示的Z轴方向引导件54(参照图2B)。加工头12设置在Z轴方向引导件54上，Z轴方向引导件54设置在Y轴方向引导件53上，Y轴方向引导件53设置在X轴方向引导件52上。
X轴方向引导件52为在X轴方向上移动自如的机构。Y轴方向引导件53为跨越加工台51且将设置于Z轴方向引导件54的加工头12以在加工台51上沿Y轴方向移动自如的方式进行支承的机构。将工件60设置在加工台51上，通过未图示的伺服马达来控制工件60在X轴和Y轴上的运动，由此能够使设置于Z轴方向引导件54的加工头12移动到工件60上方的任意位置。通过Z轴方向引导件54使加工头12相对于工件60靠近、退后，由此能够使通过作为聚光光学系统的第三透镜23聚光后的激光位于适于对工件进行激光加工的配置。
图2A是表示加工头12的结构的概要图。加工头12具备激光光源30、第一透镜21、第二透镜22、作为多个光学部件的第一镜24a和第二镜24b、作为驱动部件的第一马达25a和第二马达25b以及作为聚光光学系统的第三透镜23。
将激光光源30射出的激光LL导向第一透镜21。
第一透镜21以与激光光源30的激光的出射口相向的方式配置。第一透镜21为凹透镜，将激光光源30射出的激光LL放大。
第二透镜22为准直透镜，将由第一透镜21放大后的激光LL变换为平行光。成为平行光的激光LL被导向第三透镜23。
第一镜24a将透过第二透镜22后的激光LL向第二镜24b反射。针对第一镜24a安装有第一马达25a。因而，当第一马达25a旋转时，第一镜24a旋转。第一镜24a的接受激光的反射面相对于与第一马达25a的旋转轴W1(也是第一镜24a的旋转轴)正交的面倾斜。
第二镜24b将从第一镜24a接收到的激光LL向第三透镜23反射。针对第二镜24b安装有第二马达25b。因而，当第二马达25b旋转时，第二镜24b旋转。第二镜24b的反射面相对于与第二马达25b的旋转轴W2(也是第二镜24b的旋转轴)正交的面倾斜。
在此，考虑被第一镜24a、第二镜24b反射的激光的反射后的光轴。如果设置在第一马达25a、第二马达25b的旋转轴W1、W2上的第一镜24a、第二镜24b的反射面与旋转轴W1、W2垂直，则入射光轴与旋转轴W1、W2的角度、即入射角不取决于第一马达25a、第二马达25b的旋转相位而为固定，因此出射光轴即激光的反射方向也不取决于第一马达25a、第二马达25b的旋转相位而为固定。
另一方面，在第一镜24a、第二镜24b相对于与旋转轴W1、W2正交的面倾斜的情况下，入射角根据第一马达25a、第二马达25b的旋转相位发生变化。因此，出射光轴也根据马达旋转相位改变方向。其结果是，反射面倾斜的情况下的出射光轴以该反射面不倾斜的情况下的出射光轴为中心回旋。例如，如果倾斜为10[mrad]，则向相对于不倾斜的情况下的出射光轴偏转了10[mrad]的方向射出激光，激光的朝向取决于第一马达25a、第二马达25b的旋转相位。在该情况下，例如若设第二镜24b与工件60之间的距离为300[mm]，则工件60上的照射点为相对于不倾斜的情况偏离3[mm]的点。而且，随着第一马达25a、第二马达25b旋转，照射点在半径3mm的圆周上运动。
第二镜24b位于工件60上方，其与第一镜24a一同使激光LL的出射光轴绕虚拟光轴回旋。“出射光轴”为第二镜24b相对于与旋转轴W2正交的面倾斜的情况下的激光的光轴。“虚拟光轴”为将第二镜24b的中心与第三透镜23的中心连结的虚拟的光轴。
第三透镜23为聚光透镜，使从第一镜24a和第二镜24b反射的光进行聚光后到达工件60。
通过上述的构造，通过第三透镜23聚光后的激光LL在工件60上绘制圆形的轨迹L。
图2B是表示与控制部70有关的结构的框图。控制部70与第一马达25a、第二马达25b、图1中未图示的X方向驱动用马达71、Y方向驱动用马达72、Z方向驱动用马达73以及激光光源30连接。
X方向驱动用马达71与X轴方向引导件52连接，使X轴方向引导件52沿X轴方向移动。Y方向驱动用马达Y72借助Y轴方向引导件53使加工头12沿Y轴方向移动。Z方向驱动用马达73借助Z轴方向引导件54使加工头12沿Z轴方向移动。
返回图1进行说明。控制部70控制X轴方向引导件52、Y轴方向引导件53的驱动。由此，使加工头12与工件60进行相对移动。
控制部70进行控制，使得加工头12中的第一镜24a和第二镜24b以规定的转速旋转。由此，激光LL的出射光轴绕虚拟光轴进行曲线运动，或者激光的出射光轴以虚拟光轴为中心进行直线往复运动。
另外，控制部70控制激光光源30的出射输出。由此，能够在规定的定时进行基于规定的激光输出条件下的激光照射。
控制部70也能够控制来自激光光源30的激光输出，使得基于第一镜24a和第二镜24b的旋转角度来变更激光的照射条件。关于这一点，在后文中参照图3及以后的附图进行叙述。
接着，简单地说明激光加工装置100的动作例。在该例中，设是控制部70进行控制使得X轴方向引导件52沿X轴方向移动。同时，控制部70进行控制，使得加工头12被驱动，并且通过第一马达25a的旋转来使第一镜24a绕旋转轴W1旋转，还通过第二马达25b的旋转来使第二镜24b绕旋转轴W2旋转。进行控制使得第一马达25a和第二马达25b以相等的转动速度在保持彼此之间的旋转相位差的状态下旋转。而且，控制部70使激光光源30驱动，来使激光光源30射出激光LL。
此时，激光LL透过第一透镜21和第二透镜22，被旋转的第一镜24a和第二镜24b反射后通过第三透镜23进行聚光，并到达工件60。由此，一边向工件60照射激光LL，一边使激光LL在工件60上形成螺旋状的轨迹。
图3A～图3C是表示使第一马达25a和第二马达25b在保持相位的状态下以相同的转速旋转并且使加工头12向X轴正方向移动时激光照射点在工件60上的轨迹的概要图。
图3A表示加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1上的速度为规定速度且第一马达25a和第二马达25b的转速为规定转速的情况下的激光的轨迹L1。激光的轨迹L1一边向图3A的右方前进一边绘制螺旋状，相邻的螺旋状的轨迹相接。轨迹上的各点为隔开固定的时间间隔时的照射点的位置，当间隔窄时表示低速，当间隔宽时表示高速。
相对于此，图3B表示相比于图3A使X轴方向上的移动加快了的情况，图3C表示相比于图3A使X轴方向上的移动减慢了的情况，可知的是，轨迹的重叠情况各不相同。
图4A～图4C是表示与图3A～图3C的情况同样地在使第一马达25a和第二马达25b保持相位并且以相同的转速旋转时射出激光的范围的图。在图4A～图4C中，轨迹的粗线部分为以第一输出值射出激光的部分，轨迹的细线(由四边形的点连成的线)部分为以比第一输出值小的第二输出值射出激光的部分。
图4A是表示在激光的照射预定路径(激光的照射预定位置的集合＝螺旋的整体)中的一个周期期间的一个旋转角度ωt1(ω为角速度、t为时间，在t后面附加数字以用于识别)的范围内的、射出激光后的激光的出射光轴的轨迹的概要图。“照射预定位置”不仅是激光实际照射的位置，还包括如果有激光输出的情况下会被照射的位置，另外还包括由于激光输出为0W而不被照射激光的位置。在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围内的情况下，激光的出射光轴处于范围S1内(图4A中的粗线部分)，该范围S1是位于加工头12的相对移动方向X1上的上游侧的旋转角度ωt1的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以第一输出值射出激光。
另外，在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围外的情况下，激光的出射光轴处于范围S2、S3内(图4A的细线部分)，该范围S2、S3是旋转角度ωt1的范围S1以外的旋转角度的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以比第一输出值小的第二输出值射出激光。
图4B是表示在激光的照射预定路径(螺旋的整体)中的一个周期期间的两个旋转角度ωt4、ωt5的范围内的、射出激光后的激光的出射光轴的轨迹的概要图。在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围内的情况下，激光的出射光轴处于范围S4或范围S5内，该范围S4是位于加工头12的相对移动方向X1上的上游侧的旋转角度ωt4的范围，该范围S5是位于加工头12的相对移动方向X1上的下游侧的旋转角度ωt5的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以第一输出值射出激光。
另外，在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围外的情况下，激光的出射光轴处于范围S6、S7内(图4B的细线部分)，该范围S6、S7是旋转角度ωt4的范围S4和旋转角度ωt5的范围S5以外的旋转角度的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以比第一输出值小的第二输出值射出激光。
图4C是表示在激光的照射预定路径(螺旋的整体)中的一个周期期间的两个旋转角度ωt8、ωt9的范围内的、射出激光后的激光的出射光轴的轨迹的概要图。在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定角度的范围内的情况下，激光的出射光轴处于范围S8或范围S9内，该范围S8是位于加工头12的相对移动方向X1上的上游侧的旋转角度ωt8的范围，该范围S9是位于加工头12的相对移动方向X1上的下游侧的旋转角度ωt9的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以第一输出值射出激光。
另外，在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定角度的范围外的情况下，激光的出射光轴处于范围S10、S11内(图4C的细线部分)，该范围S10、S11是旋转角度ωt8的范围S8和旋转角度ωt9的范围S9以外的旋转角度的范围，此时，控制部70控制激光光源30，使得以比第一输出值小的第二输出值射出激光。
图5A是表示第一镜24a和第二镜24b的旋转角度与激光输出的定时之间的关系的曲线图。记载有第一镜24a的角度曲线Z1和第二镜24b的角度曲线Z2的曲线图以及和控制部70对于激光光源30的输出值的曲线图。控制部70进行控制，使得激光光源30基于第一镜24a的旋转角度射出激光。在此，控制部70进行以下控制：在比振幅的一半大的区域中，将激光光源30的照射输出设为第一输出值来输出激光，在振幅的一半以下的区域中，将激光光源30的照射输出设为第二输出值来输出激光。
第一输出值为在第一镜24a和第二镜24b处于规定的旋转角度的范围内的情况下输出的输出值。例如，在图5A的例子中，第一输出值为3000[W]。
另一方面，第二输出值为在第一镜24a和第二镜24b处于规定的旋转角度的范围外的情况下输出的输出值。第二输出值为比第一输出值小的值。例如，在图5A的例子中，第二输出值为200[W]。此外，也能够将第二输出值设为0[W](使输出截止)。
作为代表例，在进行激光焊接加工的情况下，大多将照射预定路径的整个宽度设定为1～20mm，将光学部件的转速设定为60～60000rpm，将加工头和工件的移动速度设定在0.1～20m/min之间。
图5B是表示激光加工装置100的激光照射点p的实际移动速度的概要图。图5C是表示激光加工装置100的激光照射点p的实际移动速度V、加工头12的相对移动速度v以及激光照射点p的切向速度rω之间的关系的概要图。控制部70控制激光光源30，使得基于将使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1上的相对移动速度v与使出射光轴(参照激光照射点p)旋转时的切向速度rω合成所得到的合成速度(照射点的实际的移动速度V)的绝对值来变更激光的出射条件。
图5D是基于激光照射点p的实际移动速度来变更激光的照射条件的情况下的、第一镜24a和第二镜24b的旋转角度与激光输出的定时之间的关系的曲线图。控制部70以如下方式控制激光光源30：随着激光的出射光轴的切向速度rω变快，将激光光源30的出射输出变更为相比于第一输出值缓慢地增大(参照图5D的功率控制部分K)，另一方面，随着激光的出射光轴的切向速度rω变慢，将激光光源30的出射输出变更为缓慢地接近第一输出值(参照图5D的功率控制部分K)。
图6A～图6D是表示加工头12的扫描方向与激光的照射范围之间的关系的概要图。控制部70控制激光光源30，使得基于使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1来变更以第一输出值输出激光的旋转角度的范围。
以下说明规定的旋转角度的范围的详情。加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1与使激光的出射光轴旋转的旋转扫描方向R1在正交点J处正交。控制部70控制激光光源30，使得在从该正交点J起至激光的出射光轴的旋转扫描方向上的上游侧的上游点J1为止的规定角度的范围以及从该正交点J起至激光的出射光轴的旋转扫描方向上的下游侧的下游点J2为止的规定角度的范围内，从激光光源30以第一输出值输出激光。
如图6A所示，在加工头12沿着X轴方向朝向相对移动方向X1进行相对移动的期间，在沿旋转扫描方向R1从上游点J1前进到下游点J2的范围内以第一输出值照射激光。简言之，在激光的圆形轨迹中的加工头12进行相对移动的方向侧的圆弧中，以第一输出值输出激光。而且，在加工头12沿X轴方向朝向相对移动方向X1进行相对移动的期间，在前述的规定的旋转角度的范围以外的范围(激光沿旋转扫描方向R1从下游点J2前进到上游点J1的范围)内以第二输出值输出激光。
如图6B所示，在加工头12朝向相对于X轴约45°的方向进行相对移动的期间也是，控制部70控制激光光源30，使得在与加工头12的相对移动方向X1正交的激光的照射范围内以第一输出值输出激光。
如图6C所示，在加工头12朝向X轴的负方向进行相对移动的期间也是，控制部70控制激光光源30，使得在与加工头12的相对移动方向X1正交的激光的照射范围内以第一输出值输出激光。
如图6D所示，在加工头12沿X轴方向相对移动的期间激光顺时针地移动时也是，控制部70控制激光光源30，使得在与加工头12的相对移动方向X1正交的激光的照射范围内以第一输出值输出激光。
〔实施方式的效果〕
根据实施方式的激光加工装置100，例如起到以下的效果。
实施方式的激光加工装置100具备：移动机构50，其能够使利用激光LL加工的作为被加工物的工件60与加工头12进行相对移动，该加工头12具有射出激光的激光光源30、能够使激光LL反射或透过并且能够绕旋转轴W1、W2旋转的作为光学部件的第一镜24a、第二镜24b以及对激光LL进行聚光的作为聚光光学系统的第三透镜23；以及控制部70，其控制光学部件24a、24b的旋转，使得对控制工件60射出激光LL时的出射光轴所到达的照射预定位置呈曲线状或直线状地移动，该控制部70控制利用移动机构50进行的移动，使得加工头12与工件60进行相对移动，该控制部70控制激光光源30的出射输出，使得基于光学部件24a、24b的旋转角度来变更激光LL的出射条件。
因此，能够针对根据通过第一镜24a和第二镜24b的旋转使激光的照射预定位置进行的曲线运动或直线往复运动以及加工头12与工件60的相对移动发生变化的激光的射出位置的轨迹的每个范围来变更激光的出射条件。其结果是，在利用激光加工装置100进行的激光加工中，不对已经加工过的部分重复地照射激光，能够避免计划外的激光加工，另外，通过针对工件仅进行被激光照射点以优选的扫描速度进行扫描的部分的加工，就能够进行质量良好的激光加工。因而，能够通过良好的加工速度和能够进行激光照射的加工条件来进行激光加工。由此，能够得到良好的激光焊接、激光猝火、激光打标、激光清洁、激光烧蚀等加工结果。
在实施方式的激光加工装置100中，关于激光的出射条件，在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围内的情况下，将激光光源30的出射输出设定为第一输出值，在第一镜24a和第二镜24b的旋转角度处于规定的旋转角度的范围外的情况下，将激光光源30的出射输出设定为比第一输出值小的第二输出值或设定为截止。因此，能够通过具有优选的扫描速度的激光来进行激光加工，能够减少由于扫描速度不恰当的激光带来的影响。
在实施方式的激光加工装置100中，照射激光的旋转角度的范围基于加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1发生变化。具体地说，在加工头12的相对移动方向X1与出射光轴的旋转扫描方向R1大致正交时，控制部70控制激光光源30，使得以第一输出值输出激光(参照图6A～图6C)。因此，无论加工头12相对于工件60向哪个方向前进，都容易实现固定质量的激光加工。
在加工头12的相对移动方向X1与出射光轴的旋转扫描方向R1大致平行的情况下，激光照射点的移动速度过快或过慢，因此加工精度下降，在加工头12的相对移动方向X1与出射光轴的旋转扫描方向R1大致正交的情况下，激光照射点的移动速度良好，加工精度提高，下面关于这一点进行补充说明。
例如，参照图4A，在轨迹L1中的、加工头12的相对移动方向X1与激光的旋转扫描方向R1统一为相同的方向的地点P1，通过加工头12的相对移动速度与激光的旋转扫描速度的协同效果使激光的扫描速度变快。相对于此，在轨迹L1中的、加工头12的相对移动方向X1与激光的旋转扫描方向R1的方向呈相反的方向的地点P2，通过加工头12的相对移动速度与激光的旋转扫描速度的抵消效果使激光的扫描速度变慢。因而，避开像这样产生加工头12的相对移动速度和激光的旋转扫描速度的协同效果、抵消效果的部位。
相对于此，在加工头12的相对移动方向X1与出射光轴的旋转扫描方向R1大致正交时，前述的协同效果、抵消效果少且激光照射点的移动速度良好，加工精度提高。因而，在该定时，能够在适于激光加工的激光的旋转角度的范围内以第一输出值照射激光来对工件60良好地进行加工。此外，即使在加工头12的相对移动方向X1与出射光轴的旋转扫描方向R1大致平行时以使激光增加或减少的方式照射激光，也是等间隔地照射激光，因此能够避免热输入量变得过多或过少。
在实施方式的激光加工装置100中，控制部70控制激光光源30的出射输出，使得基于将使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动速度v与使出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度rω合成所得到的合成速度的绝对值来变更激光的照射条件。因此，能够使每单位长度的热输入量不取决于加工头12的相对移动速度v和出射光轴的切向速度rω而为固定，从而能够抑制热输入变得过少或过多。
〔变形例1〕
在变形例1所涉及的激光加工装置中，控制部70控制第一镜24a和第二镜24b，使得该第一镜24a和第二镜24b在保持彼此的相位的同时以相同的转速向相同的方向旋转。因此，根据变形例1的激光加工装置，通过使第一镜24a和第二镜24b在保持相位的同时进行旋转，还能通过使相位偏移来制作大的圆或者小的圆。
〔变形例2〕
图7A是表示变形例2所涉及的激光加工装置的加工头12相对于工件60的相对移动方向X1与使激光的出射光轴移动的方向Y之间的关系的概要图。控制部70进行控制，使得第一马达25a和第二马达25b以相同的转速向相反的方向旋转，由此使第一镜24a和第二镜24b以相同的转速向相反的方向旋转。
因此，激光被第一镜24a和第二镜24b这两个镜反射后在工件60上进行直线往复运动。控制部70将使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1(工件60的输送方向)与使出射光轴移动的方向Y1设定为垂直。激光在工件60上绘制的轨迹在X轴方向上绘制为锯齿状。仅仅向直线往复运动的中心部照射这样的激光。由此，能够仅通过良好的激光照射点的移动速度来进行激光加工，从而得到高质量的加工结果。
〔变形例3〕
图7B是表示使变形例3所涉及的激光加工装置的加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1与使激光的出射光轴直线往复运动的方向Y2之间的关系的概要图。图7C是表示使变形例3所涉及的激光加工装置的加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1与使激光的出射光轴进行直线往复运动的方向Y3之间的关系的概要图。在变形例3中，控制部70进行控制，使得基于使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1和使出射光轴进行直线往复运动的方向来变更向相反的方向旋转的多个镜24a、24b的相位。此外，在图7B中，用黑色的四边形与白色的四边形交替排列而成的粗线来表示轨迹的粗线部分，以区别于细线部分。
控制部70以如下方式控制加工头12：通过变更所述相位，来使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1与使激光的出射光轴移动的方向Y2如图7B所示那样呈45°。由此，能够在工件60上绘制激光的轨迹。另外，控制部70以如下方式控制加工头12：通过进一步变更所述相位，来使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动方向X1与使激光的出射光轴移动的方向Y3如图7C所示那样呈11.25°。由此，能够在工件60上绘制激光的轨迹。
因此，能够使加工头12的相对移动方向与激光的出射光轴进行直线往复运动的方向相对应。
〔变形例4〕
在变形例4所涉及的激光加工装置中，控制部70进行控制，使得基于使加工头12相对于工件60进行相对移动的相对移动速度和使出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度来改变第一镜24a和第二镜24b的转速。
因此，即使通过激光进行扫描的速度改变，照射间距也不改变。即，在加工头12的相对移动速度快时，能够使激光的出射光轴快速旋转，另一方面，在加工头12的相对移动速度慢时，能够使激光的出射光轴缓慢旋转。
〔变形例5〕
图8A是表示在变形例5所涉及的激光加工装置中输入了窄的激光加工宽度时的激光的轨迹的概要图。图8B是表示输入了宽的激光加工宽度时的激光的轨迹的概要图。图9A是表示变形例5所涉及的激光加工装置中的将激光加工宽度设定得窄时的激光照射点的切向速度与时间之间的关系的曲线图。图9B是表示将激光加工宽度设定得宽时的激光照射点的切向速度与时间之间的关系的曲线图。
在此，参照图5B、图5C，假设激光的激光照射点p在XY坐标平面上在t＝0从(r，0)出发，以角速度ω旋转，以速度(v，0)移动的情况。
在时刻t时，激光照射点p相对于圆的中心的向量为(r*cos(ωt)，r*sin(ωt))，因此用下式来表示位置p(t)。
p(t)＝(vt+r*cos(ωt)，r*sin(ωt))
在用时刻t对该式进行一阶微分时，成为速度向量，下式成立。
p’(t)＝(v-rω*sin(ωt)，rω*cos(ωt))
其绝对值为照射点的实际扫描速度，因此当将该照射点的实际扫描速度设为V时，下式成立。
V2＝v2-2vrω*sin(ωt)+r2ω2*sin2(ωt)+r2ω2*cos2(ωt)
∴V2＝v2-2vrω*sin(ωt)+r2ω2···(1)
在图5B的激光照射点p1的位置，ωt＝π/2，
V2＝v2-2vrω+r2ω2，照射点的实际扫描速度V最小。
在图5B的激光照射点p2的位置，ωt＝3π/2，
V2＝v2+2vrω+r2ω2，照射点的实际扫描速度V最大。
在图5B的激光照射点p3、p4的位置，ωt＝0、π，
V2＝v2+r2ω2···(2)，
(2)式中的V为照射点的实际扫描速度的平均。
半径的2倍、即2r为照射激光的轨迹的振幅，换言之为激光加工宽度。为了使得即使改变激光加工宽度、也就是说使r变大或变小也不使扫描速度的平均V和加工头12的相对移动速度v发生变化，根据r来计算ω即可，此时能够根据期望的激光加工宽度来计算角速度ω和半径r。
例如在图8A的输入窄的加工宽度(2r1)的情况下，根据上述(2)式，如果r小则ω变大，如果r大则ω变小。而且，周期与角速度具有T＝2π/ω的关系，因此如果ω大则T变小，如果ω小则T变大。因而，如果r小，则ω大，T小，另一方面，如果r大，则ω小，T大。
据此，在如图8A所示那样射出窄的激光加工宽度2r1的激光的情况下，如图9A所示那样将激光的出射光轴的周期T1设定得小。在如图8B所示那样射出宽的激光加工宽度2r2的激光的情况下，如图9B所示那样将激光的出射光轴的周期T2设定得大。
而且，此时，在激光以与加工头12的相对移动的方向正交的方式进行扫描的部分、也就是ωt为0、π、2π、3π...nπ(n为整数)的附近表现出：能够不取决于激光加工宽度，如(2)式那样不改变激光的扫描速度V地进行激光加工。
此外，这是一例，能够保持间距和切向速度地变更激光加工宽度等。
根据变形例5的结构，通过指定激光加工宽度，能够自动地计算且设定激光的曲线运动或直线往复运动的振幅的大小。操作者仅指定激光加工宽度即可。
另外，上述的实施方式为本发明的优选的实施方式，但本发明的范围并非仅限定为上述实施方式，能够以在不脱离本发明的主旨的范围内实施各种变更所得到的方式来实施(包括前述的变形例1～5)。
例如，也可以如图10A那样使用一个镜24c、一个马达25c来代替前述的加工头12的第一镜24a、第二镜24b、第一马达25a、第二马达25b。镜24c和马达25c绕旋转轴W3旋转。即使为这样的结构，也能够照射与前述的图4相同的轨迹的激光。也就是说，光学部件的个数可以为一个，也可以为多个。
也可以如图10B所示那样，代替前述的加工头12的第一镜24a、第二镜24b，使用第一棱镜241、第二棱镜242来作为能够使激光透过的光学部件。关于第一棱镜241、第二棱镜242，例如可以使用一个面为与光轴正交的面且另一个面为相对于与光轴正交的面倾斜的面的棱镜。并且，也可以如图10C那样，代替前述的加工头12的第一24a、第二镜24b，使用第一平板透镜243、第二平板透镜244来作为能够使激光透过的光学部件。
移动机构只要能够使加工头与被加工物进行相对移动即可，既可以使被加工物进行移动，也可以使加工头和被加工物这双方进行移动。
也可以是以下结构：在对激光进行聚光的聚光光学系统的后级配置能够绕旋转轴旋转的光学部件，使通过聚光光学系统聚光后的激光被光学部件反射或透过光学部件。
另外，在不脱离本发明的主旨的范围内可以对各实施方式和各变形例适当地进行组合。

Claims (9)

1.一种激光加工装置，具备：
加工头，其具有射出激光的激光光源、能够使激光反射或透过并且能够绕旋转轴旋转的光学部件以及对激光进行聚光的聚光光学系统；
移动机构，其能够使所述加工头与利用所述激光加工的被加工物进行相对移动；以及
控制部，其控制所述光学部件的旋转，使得对所述被加工物射出激光时的出射光轴所到达的照射预定位置呈曲线状或直线状地移动，所述控制部控制利用所述移动机构进行的移动，使得所述加工头与所述被加工物进行相对移动，所述控制部控制所述激光光源的出射输出，使得基于所述光学部件的旋转角度来变更所述激光的出射条件，
其中，所述控制部控制所述激光光源的出射输出，使得基于将使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动速度与使所述出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度合成所得到的合成速度的绝对值，以使激光加工中的每单位长度的热输入量固定的方式变更所述激光的出射条件，
所述控制部控制所述激光光源的出射输出，使得在所述加工头的相对移动的方向与所述出射光轴的曲线状的扫描方向统一为相同的方向的地点以及呈相反的方向的地点不照射所述激光。
2.根据权利要求1所述的激光加工装置，其特征在于，
关于所述激光的出射条件，
在所述光学部件的所述旋转角度处于规定的旋转角度的范围内的情况下，将所述激光光源的出射输出设定为第一输出值，
在所述光学部件的所述旋转角度处于所述规定的旋转角度的范围外的情况下，将所述激光光源的出射输出设定为比所述第一输出值小的第二输出值或设定为截止。
3.根据权利要求2所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部以如下方式控制所述激光光源的出射输出：随着所述切向速度变快，将所述激光光源的出射输出变更为相比于所述第一输出值缓慢地增大，另一方面，随着所述切向速度变慢，将所述激光光源的出射输出变更为缓慢地接近所述第一输出值。
4.根据权利要求2或3所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动方向来变更所述旋转角度的范围。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光学部件有多个，
所述控制部对多个所述光学部件进行控制，使得多个所述光学部件在保持彼此的相位的同时以相同的转速向相同的方向旋转。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述光学部件有多个，
所述控制部对多个所述光学部件进行控制，使得多个所述光学部件以相同的转速向彼此相反的方向旋转。
7.根据权利要求6所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动方向和使所述出射光轴进行直线往复运动的方向来变更向相反的方向旋转的多个所述光学部件的相位。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，使得基于使所述加工头相对于所述被加工物进行相对移动的相对移动速度和使所述出射光轴呈曲线状地进行扫描时的切向速度来改变所述光学部件的转速。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的激光加工装置，其特征在于，
所述控制部进行控制，使得通过输入向被加工物照射所述激光的宽度来变更所述激光进行曲线运动或直线往复运动的振幅的大小。
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